腦機(jī)接口一直是全球科技界的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，目前，非入侵式腦機(jī)接口研究逐漸成為各路科技巨頭和創(chuàng)企的主攻方向，并且目前非入侵式腦機(jī)接口設(shè)備已經(jīng)在CES 2020大會(huì)上展出。

▲Nextmind非入侵式腦機(jī)接口設(shè)備

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日前，高位截癱患者張先生借助“意念”用“一只手”拿起可樂(lè)，并成功喝進(jìn)嘴里，一舉登上熱搜。以上成果由浙江大學(xué)求是高等研究院“腦機(jī)接口”團(tuán)隊(duì)公布，是中國(guó)首例植入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化研究。

據(jù)了解，此次項(xiàng)目名為“植入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究”，由浙大二院張建民教授團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)求是高等研究院鄭筱祥教授、王躍明教授團(tuán)隊(duì)合作完成。

1、手術(shù)機(jī)器人輔助方式完成微電極植入

在取得張先生和家屬的知情同意及簽字后，張建民教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)手術(shù)將Utah陣列電極植入張先生控制右側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)皮層的第5層（共6層）。該陣列電極僅有4mm*4mm大小，上面分布著100個(gè)電極針腳，每一個(gè)針腳都能夠檢測(cè)到1個(gè)甚至多個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞放電。為了避免誤差，團(tuán)隊(duì)還在手術(shù)過(guò)程中采用了步進(jìn)為0.1mm的手術(shù)機(jī)器人，這也讓該手術(shù)成為全球首例成功利用手術(shù)機(jī)器人輔助方式完成的電極植入手術(shù)。

電極的另一端連接的是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，后者內(nèi)置了魯棒在線解碼器與反饋式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)記錄大腦的神經(jīng)信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的動(dòng)作指令，最終形成一個(gè)“雙向互適應(yīng)的閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng)”。

微電極植入示意圖

2、腦神經(jīng)信號(hào)的采集和分析

目前國(guó)際上已報(bào)道的植入式腦機(jī)接口案例中，患者均為中青年人，此次項(xiàng)目中的患者為老年人，腦神經(jīng)信號(hào)的穩(wěn)定性也有所減弱。該團(tuán)隊(duì)引入非線性、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，設(shè)計(jì)了一套專門(mén)針對(duì)高齡患者的方案，最終實(shí)現(xiàn)了較好的腦神經(jīng)信號(hào)采集和分析效果。

腦神經(jīng)信號(hào)采集反饋流程示意圖

3、患者和機(jī)械手的磨合訓(xùn)練

該團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)電腦屏幕上的鼠標(biāo)操控訓(xùn)練、機(jī)械臂指定方向運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容進(jìn)行訓(xùn)練，然后再模擬飲水、進(jìn)食等動(dòng)作。通過(guò)循序漸進(jìn)的方式，歷經(jīng)4個(gè)月，實(shí)現(xiàn)了目前的成果。
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訓(xùn)練過(guò)程

4、腦機(jī)接口將成廣大癱患病人的福音

此次腦機(jī)接口技術(shù)臨床應(yīng)用的成功，證明了我國(guó)腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)具備實(shí)際應(yīng)用的能力，并且患者可以借助該技術(shù)完成的動(dòng)作已經(jīng)較為豐富，可以極大提升患者的生活質(zhì)量。
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據(jù)了解，目前全球腦中風(fēng)，腦及脊髓損傷導(dǎo)致肢體運(yùn)動(dòng)癱瘓后遺癥的病人接近1億，僅中國(guó)就有兩三千萬(wàn)。盡管目前入侵時(shí)腦機(jī)接口植入并非永久性的，但對(duì)于廣大癱患病人而言，腦機(jī)接口已經(jīng)極大的改變了他們的生活，讓他們看到了提高生活質(zhì)量的希望。
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5、腦機(jī)接口應(yīng)用場(chǎng)景

作為一項(xiàng)與生物體息息相關(guān)的技術(shù)，腦機(jī)接口技術(shù)的成熟也需要進(jìn)行臨床研究。自2005年開(kāi)始，越來(lái)越多的企業(yè)和機(jī)構(gòu)通過(guò)侵入式或非侵入式的方式開(kāi)展臨床研究，并取得了突破性的進(jìn)展。
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相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)于“腦機(jī)接口”的研究還處于早期，且在方向上更偏向于非侵入式。基于非侵入式的方式，人們只需要借助帶有電極的頭部可穿戴設(shè)備即可獲取信號(hào)。相比于侵入式，非侵入式或許在信息獲取干擾性、準(zhǔn)確性方面不如前者，但也避免了人體的排異反應(yīng)和手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)等。
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落地方面，腦機(jī)接口的價(jià)值最大場(chǎng)景在醫(yī)療領(lǐng)域，多個(gè)案例已經(jīng)證明，采用腦機(jī)接口技術(shù)，能夠幫助殘障人士、老年人進(jìn)行對(duì)應(yīng)的恢復(fù)訓(xùn)練，或是重新獲得肢體控制能力、感知能力等。此外在教育、娛樂(lè)、軍事、運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域，腦機(jī)接口的潛在市場(chǎng)也是極大的。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)推出的非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始商用，但在一些非醫(yī)療市場(chǎng)，產(chǎn)品的落地受到了來(lái)自社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)安全、倫理等方面的質(zhì)疑。
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