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用“意念控制”唤醒“沉睡的肢体” |
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本报记者 常 娟 郭娅妮 “用意念”控制电脑打字、控制外骨骼行动……这些科幻场景已经成为现实。
4月17日，在郑州大学第五附属医院康复医院脑机接口治疗室，医务人员给张先生戴上布满电极的脑电帽，左手戴上一只机械手臂。随电脑的语音指令，张先生集中注意力，蜷缩许久的手指逐步张开……
这个看似简单的动作，却是现代医学创造的奇迹。3个月前，张先生突发脑梗死，导致左手丧失活动能力。如今，靠着运动想象脑机接口技术，他正用“意念”重新唤醒“沉睡的肢体”。
何谓脑机接口？据郑州大学第五附属医院康复医院院长董安琴介绍，脑机接口是神经工程与人工智能交叉领域的前沿技术，被形象地称为大脑与外界沟通的“数字桥梁”。其本质是构建一种不依赖外周神经和肌肉系统的新型信息交互通道，属于人机交互与混合智能技术的重要分支。人类大脑在运作时，神经元间的电信号传递会形成专属的脑电波“语言”，脑机接口能够精准地捕捉这些信号，通过复杂算法识别其运动意图与指令，实现“意念操控”——让大脑直接与外部设备“对话”。
记者了解到，脑机接口分为植入式、非植入式两大类。植入式脑机接口需通过手术等方式直接将电极植入到特定区域大脑皮层获取神经信号，优点是所获取的信号空间分辨率高、信噪比高，缺点是有创、安全性低、成本高。非植入式脑机接口通过脑电帽直接采集神经信号，优点是无创、操作简单、成本低、不会引起免疫反应，但由于头发和颅骨对信号的衰减作用和对神经元电磁波的分散、模糊作用，导致记录到的信号空间分辨率低、幅值微弱且信噪比较低，对信号处理算法要求较高。
为满足康复患者的需求，郑州大学第五附属医院康复医院添加了非植入式脑机接口设备。
“治疗时，患者头戴的16导联脑电帽，就像窗口一样可以捕捉到脑部相应区域、相应皮层的神经信号并传输至计算机。”董安琴形象地解释道。计算机读取并分析指令后，将相关联的信号传递给机械臂，带动患侧手臂完成指定动作。动作完成后，计算机信号经外周神经传回大脑，形成神经传导闭环。通过反复训练刺激，大脑可建立想象与肢体活动的联系，促进脑部与肢体神经连接修复。
脑机接口训练一个周期通常为2周~4周。截至目前，已有百余名患者接受过脑机接口治疗。“脑机接口的主动式康复训练配合常规康复治疗手段，大大提高了临床康复效果。”董安琴说。
“除了脑机接口治疗上肢功能障碍外，我们团队还参与国家重点研发计划专项，对老年人和残疾人进行脑机接口下肢外骨骼训练，以期恢复使用者的站立与行走能力。”董安琴介绍。未来，该院还会结合临床需要，与时俱进扩大脑机接口的不同场景应用，比如认知、行为、心理等。
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