“握住，很棒，向自己的嘴巴移動(dòng)，再往回一些，好差不多，停！”隨著張先生吸溜一口可樂，浙大二院神經(jīng)外科病房內(nèi)響起了一片掌聲。

如此簡單的一個(gè)動(dòng)作，大家為何要為他喝彩？

72歲高齡的張先生是中國第一位在大腦中植入腦機(jī)接口電極的患者，目前住在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科的病房里。

“太不容易了！對四肢完全癱瘓的人來說，這是不可能完成的任務(wù)。今天，通過腦機(jī)接口，他做到了！”浙大二院神經(jīng)外科主任張建民激動(dòng)地說。

16日，浙江大學(xué)發(fā)布“雙腦計(jì)劃”最新科研成果。該校求是高等研究院“腦機(jī)接口”團(tuán)隊(duì)與浙大醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科合作完成了國內(nèi)首例植入式腦機(jī)接口臨床研究。

該團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)首次通過對一位高位截癱志愿者腦內(nèi)植入U(xiǎn)tah陣列電極，患者可以利用大腦運(yùn)動(dòng)皮層信號(hào)精準(zhǔn)控制外部機(jī)械手臂，完成進(jìn)食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運(yùn)動(dòng)。首次證明了高齡患者利用植入式腦機(jī)接口進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制的可行性。

“相比以往在患者大腦皮層表面‘蓋’上一塊電極片，屬于開顱但不插入皮層的半植入式操作，我們這次把微電極陣列直接插入大腦運(yùn)動(dòng)皮層里面，可以檢測單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞放電情況，獲取的信號(hào)更直接、穩(wěn)定和豐富?！闭愦笄笫歉叩妊芯吭航淌谕踯S明說。

圖片來源：浙大二院

據(jù)介紹，大腦皮層神經(jīng)元共分為6層，該實(shí)驗(yàn)需要將電極植入到第5層位置，植入位置太淺達(dá)不到效果，太深則會(huì)損傷其他神經(jīng)。研究人員采用步進(jìn)為0.1毫米的手術(shù)機(jī)器人，準(zhǔn)確地將2個(gè)微電極陣列送入既定位置，誤差控制在0.5毫米以內(nèi)。

圖片來源：浙大二院

“在4毫米×4毫米大小的微電極陣列上有100個(gè)電極針腳，每一個(gè)針腳都可能檢測到1個(gè)甚至多個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞放電。電極的另一端連接著計(jì)算機(jī)，可以實(shí)時(shí)記錄大腦發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)?！蓖踯S明解釋道，大腦中上千億個(gè)神經(jīng)元通過發(fā)出微小的電脈沖相互交流，從而對人體行為發(fā)號(hào)施令，實(shí)現(xiàn)意念控制需要對電極檢測范圍內(nèi)的人腦神經(jīng)電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和解碼，將不同的電信號(hào)特征與機(jī)械手臂的動(dòng)作匹配對應(yīng)。

張建民教授團(tuán)隊(duì)為張先生手術(shù)。圖片來源：浙大二院

術(shù)后復(fù)查確認(rèn)電極植入位置無誤。圖片來源：浙大二院

由于腦機(jī)接口技術(shù)同時(shí)依賴患者腦電信號(hào)特征及機(jī)器算法設(shè)計(jì)，目前尚無統(tǒng)一的信號(hào)采集、解碼等分析手段，且老年患者的腦電信號(hào)質(zhì)量與穩(wěn)定性都要差些，研究團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了個(gè)性化的非線性解碼器，并通過四個(gè)多月的反饋式學(xué)習(xí)，使該患者能操控機(jī)械手臂進(jìn)行飲水、進(jìn)食、握手等動(dòng)作。

患者通過意念操作機(jī)械手臂與研究人員握手。盧紹慶 攝

“高位截癱、肌萎縮側(cè)索硬化、閉鎖綜合征等重度運(yùn)動(dòng)功能障礙患者有望應(yīng)用植入式腦機(jī)接口技術(shù)并借助外部設(shè)備重建肢體運(yùn)動(dòng)、語言等功能。” 浙大醫(yī)學(xué)院附二醫(yī)院神經(jīng)外科主任張建民說，隨著腦科學(xué)的不斷發(fā)展，這一領(lǐng)域的臨床應(yīng)用將從現(xiàn)有的以運(yùn)動(dòng)為主的功能重建逐漸推廣到語言、感覺、認(rèn)知等更多更復(fù)雜的功能重建上。