全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口在北京試驗成功
文/陳根
日前,由南開大學(xué)教授段峰團隊牽頭與中國人民解放軍總醫(yī)院(301醫(yī)院)、上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司聯(lián)合完成的,全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口在北京試驗成功,實驗人員在猴腦內(nèi)實現(xiàn)了介入式腦機接口腦控機械臂。該實驗對推動腦科學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)展具有重要意義,標(biāo)志著我國腦機接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列。
什么是腦機接口?
所謂腦機接口,指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接,實現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。腦機接口技術(shù)則是可以將腦電信號轉(zhuǎn)換為控制指令,從而幫助運動功能障礙患者如腦卒中、漸凍癥等與外部設(shè)備交互,從而提升生活質(zhì)量。
目前,腦機接口方式主要有兩種,分別是侵入式腦機接口和非侵入式腦機接口。其中,侵入式腦機接口是將電極植入大腦皮層功能區(qū)附近;由于直接接觸大腦皮層,這種方式獲取的腦電信號是準(zhǔn)確度最高的,但也由于它采取的是有創(chuàng)的接入方式,因而會對人體造成較大損傷,并可能出現(xiàn)炎性反應(yīng)、排異反應(yīng)等。非侵入式腦機接口通過頭皮采集腦電信號,優(yōu)點是安全,缺點是隔著頭皮采集到的信號純度和信噪比較差,質(zhì)量不高。而此次的介入式腦機接口實際上就是侵入式腦機接口的一種,通過微創(chuàng)介入方式,將血管穿刺小口,通過類似心臟支架的微創(chuàng)手術(shù)實現(xiàn)腦機連接;創(chuàng)傷較以往的侵入式腦機接口更小,信號質(zhì)量較非侵入式腦機接口更高。
腦機接口技術(shù)在中國的發(fā)展
去年,研究團隊在羊身上完成了首例介入式腦機接口動物試驗。腦電極植入術(shù)由介入機器人輔助完成,研究人員則在主端操作完成了部分血管造影。試驗最終在羊腦血管內(nèi)完成了傳感器植入,并成功采集到了腦電信號。當(dāng)時,該試驗前后共進行了3次。過程中,研究團隊不斷總結(jié)經(jīng)驗,在支架電極設(shè)計、信號提取、手術(shù)操作上不斷優(yōu)化,以求達(dá)到更好的試驗效果。
在此基礎(chǔ)上,此次在猴腦內(nèi)實現(xiàn)介入式腦機接口腦控機械臂的實驗取得了進一步的發(fā)展。介入式腦電傳感器通過頸靜脈,進入矢狀竇,到達(dá)猴運動皮層腦區(qū);實現(xiàn)了介入式腦電信號從被動采集到主動控制的技術(shù)飛躍,突破了血管內(nèi)腦電信號采集、介入式腦電信號識別等核心技術(shù);并在術(shù)后成功采集并識別到非人靈長類動物介入式腦電信號,實現(xiàn)了動物對機械臂的主動控制。
腦機接口的未來之路
此次在非人靈長類動物腦內(nèi)開展的介入式腦機接口試驗研究成果,是從0到1的進步,促進了介入式腦機接口從實驗室前瞻性研究向臨床應(yīng)用邁進。下一步,將通過優(yōu)化電極設(shè)計,驗證其在動物體內(nèi)長期植入的安全性、可靠性,采集信號后的進一步分析、加工、轉(zhuǎn)化等工作完成,這將有助于推動醫(yī)療企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。未來,介入式腦機接口在腦疾病醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的市場前景將會非常廣闊,而介入式腦機接口真正走到臨床,則還需要一段漫漫的鉆研之路。
原文標(biāo)題 : 陳根:全球首例非人靈長類動物介入式腦機接口在北京試驗成功
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