我国首次“意念”控制机械手手术在浙大进行

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　　浙大附属二院神经外科与浙大求是高等研究院合作的“脑机接口临床转化应用课题组”近日向公众发布最新进展，他们在人体颅内植入电极，让“意念”控制机械手，完成高难度的“石头、剪刀、布”手指运动。这是我国首次进行该类手术。

　　这是课题组首次将脑机接口成功用于人，破译人脑信号，并建立了信号对机器准确传递的研究模型，为中风、脊髓及肢体神经损伤、肌萎缩侧索硬化（“渐冻人”）以及其他神经肌肉退化等肢体运动功能障碍患者实现运动功能重建带来了新希望。

　　据介绍，“意念”在大脑中其实是以脑电波的形式存在的。但一直以来，这些神经信号就像一本“天书”，人类自己不知如何才能读懂它。

　　随着计算机等技术的迅速发展，一种被称为脑—机接口的技术迅速成为全球科学家最热门的研究领域之一，它致力于在大脑和外部设备（例如假肢）之间建立一条传输大脑指令的通道，实现即使在脊髓损伤发生神经通路损坏的情况下，脑部信号也能通过外部设备有效到达身体各处，使行动障碍的人重获独立生活的能力。

　　2012年，课题组经过多学科交叉研究，在猴子脑中植入电极，运用计算机信息技术成功提取并破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号，使猴子的“意念”能直接控制外部机械。

　　该课题组的最新研究，是第一次将大脑信号的破译对象转移到了人。课题组负责人之一、浙大附属二院神经外科主任张建民介绍，通过开颅电极埋藏术来分析大脑皮层脑电，明确癫痫病灶部位，是癫痫诊断常规手段之一。手术前，经医院伦理委员会的批准和患者及家属的知情同意，在不影响病人监测的情况下，课题组用分线器将监测的脑电分出一路，连接到脑电信号分析仪，让电脑可以“旁听”脑电信号。

　　从猴脑到人脑，这对课题组的解码、编码、运算方式及效率等提出了挑战，并使得这一跨越更具实质性意义：猴脑与人脑解剖结构虽比较接近，但在脑功能方面存在较大差异。

　　“以这次手部动作为例，猴脑可以通过意念较好地控制手臂的活动，但手指动作这一水平的控制就远不如人脑复杂而精确。”浙江大学求是高等研究院教授郑筱祥说，而且猴脑中指导完成动作的脑皮层神经电信号的复杂程度也远远低于人脑皮层的动作区。此外，人的大脑活动受环境影响更大，计算机处理这些信号的复杂性也会大大增加。

　　在志愿者小刘的病房里，一台电脑一头连着她的大脑，一头连着一只机械手。当小刘抬起手做出“石头”的动作，机械手像发生了“心灵感应”，也出了“石头”。“电脑读取了志愿者的脑电信号，经过解码后，再‘告诉’机械手。”张建民说。为了增加实验的趣味性，课题组还稍稍更改程序，让志愿者猜拳，并且想赢就赢，想输就输。实验统计，“意念”控制机械手的准确度达到80%左右。

　　“任何基础医学研究的最终目的都是要应用到临床，为病人解决实际问题，也就是所谓的‘转化医学’。在动物模型实验的基础上，最后过渡至如今在人脑上的应用。”该项目组一位工作人员表示，该项研究是将脑机接口技术进一步应用到人类运动功能重建领域的转化医学实践，首次实现了人的意念控制机械手完成“石头、剪刀、布”的猜拳动作，使得脑机接口技术的临床应用向前迈进了一大步。

　　目前，国际上脑机接口技术在人脑中的应用可以较好地实现意念控制下对某一具体物件（如纸杯、球）的成功抓握，这次“石头、剪刀、布”控制精确到手指动作的实践，在全球范围内也达到了前沿水平。

　　“虽然也已实现了手指关节水平的人脑控制，但尚未能很好地实现其他诸如抓握精细物体、不规则形状物体等更精确的手指动作，这还有待进一步探索。”郑筱祥说。