全球首例非人靈長類動物介入式腦機(jī)接口在北京試驗成功

2023-05-09 10:49

文/陳根

日前，由南開大學(xué)教授段峰團(tuán)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(jī)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(jī)接口腦控機(jī)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(jī)接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列。

什么是腦機(jī)接口？

所謂腦機(jī)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(jī)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(jī)接口方式主要有兩種，分別是侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口。其中，侵入式腦機(jī)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(jī)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(jī)接口實際上就是侵入式腦機(jī)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(jī)連接；創(chuàng)傷較以往的侵入式腦機(jī)接口更小，信號質(zhì)量較非侵入式腦機(jī)接口更高。

腦機(jī)接口技術(shù)在中國的發(fā)展

去年，研究團(tuán)隊在羊身上完成了首例介入式腦機(jī)接口動物試驗。腦電極植入術(shù)由介入機(jī)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(jìn)行了3次。過程中，研究團(tuán)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(jī)接口腦控機(jī)械臂的實驗取得了進(jìn)一步的發(fā)展。介入式腦電傳感器通過頸靜脈，進(jìn)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(jī)械臂的主動控制。

腦機(jī)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(jī)接口試驗研究成果，是從0到1的進(jìn)步，促進(jìn)了介入式腦機(jī)接口從實驗室前瞻性研究向臨床應(yīng)用邁進(jìn)。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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)接口在北京試驗成功