四川大学华西医院吴波医生黄牛预约代挂号电话从倒水到写字:脑机接口又进化了(医工前沿)
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术前功能区定位和脑机接口系统植入位置建模。
本案例使用的国产微创柔性脑机接口植入系统。
张剑宁正在进行手术操作。
患者术后手写的感谢字条。本文配图由受访者提供
植入国产微创脑机接口系统后,经过1个月的系统辅助下个性化康复训练,40岁的脑卒中偏瘫患者朱先生给了医疗团队一个惊喜——他原本瘫痪无力的右手,不仅能完成手指抓握、倒水等简单动作,还能稳健持笔并书写文字。在一张便签上,朱先生笔画颤抖地写下两行感谢,又在落款后特意补上了“脑机接口”4个字。这一案例显示,脑机接口系统在临床康复中已不再局限于运动意图识别,而是开始应用于更复杂的精细运动控制训练。
该案例是“脑机接口技术用于脑卒中后上肢运动功能辅助重建研究”项目,由解放军总医院第一医学中心神经外科医学部主任张剑宁教授团队主导。依托“脑机接口与脑疾病神经调控北京市重点实验室”平台,该院神经外科医学部将继续深入分析患者康复过程中的电生理数据特征,持续优化针对精细运动规划的解码序列,通过更加标准化的康复干预方案,帮助更多神经损伤患者从“恢复功能”转向“回归生活”。
从抓握到书写的跨越
脑卒中后偏瘫是脑卒中常见的后遗症之一。我国每年新增脑卒中患者超200万,其中约70%—80%的患者会遗留不同程度的上肢运动功能障碍,多数患者在常规康复治疗后仍难以恢复理想的运动功能。手术前的朱先生,就处于出血性脑卒中后的慢性期,病程超过两年,右侧上肢存在显著的运动功能障碍,无法完成主动抓握、抬举等动作。
而植入式神经采集刺激系统作为新型脑机接口技术,可经硬膜外微创植入高密度多通道柔性电极阵列,采集并解码神经电信号以控制外部装置,助力上肢运动功能的辅助重建。
张剑宁介绍,朱先生是从400多名患者中挑选出来的合适受试者。他的皮层脊髓传导束虽有结构性损伤,但大脑皮层运动区的基础生理功能相对保留。换言之,大脑这个“人体指挥部”仍能产生运动意图,只是向下传出的“电话线”断了,这是脑机接口发挥作用的前提。
本案例采用的脑机接口系统,属于半侵入式植入系统。张剑宁教授团队中的副主任医师张艳阳、惠瑞通过微创开颅,根据高精度核磁共振与神经导航系统进行靶点的三维定位,将柔性薄膜电极阵列贴附于患者的初级运动皮层硬脑膜表面,在不破坏正常脑组织物理结构的条件下,获取到了可用于中重度损伤解码的信号维度。
解放军总医院第一医学中心神经外科医学部功能神经外科主诊医师赵虎林告诉记者,相对而言,非侵入式脑机接口(如脑电帽)虽然无创,但信号空间分辨率受限;全侵入式脑机接口(如微针阵列)信号保真度高,但电极需刺入脑软膜内,伴有相对较高的微小出血与远期组织排异风险。因此,在一定程度上,半侵入式技术路径是在手术安全性与临床康复获益之间寻求的医学平衡点。
术后康复阶段,经治医生丁瑜负责指导朱先生佩戴特制的气动手套,并在头皮相应位置贴放硬币大小的磁吸式收发线圈,然后开展运动想象:“想象自己正在握拳、张开。再握拳,每个手指均匀用力,再张开……”
那枚硬币大小的收发线圈,是植入系统的数字化旁路,一边为患者皮下芯片无线供电,一边把采集到的高频神经信号实时传至后台解码。计算机软件判明运动意图后,立刻向气动手套发出指令,辅助手指完成抓握,形成“意念识别—设备响应—感觉反馈—强化皮层运动记忆”的闭环训练。张剑宁强调,这套系统从电极、芯片、算法到系统全栈自主研制,能够清晰“读懂”运动意图,配合智能外骨骼等外部设备,为患者提高生活质量。
最初的治疗目标比较克制——恢复手部粗大运动,也就是手指能够开合、进行简单的抓握。随着训练深入,朱先生逐渐脱离手套辅助,实现自主抓握,现在已能握着勺子吃饭。
“训练几周后,朱先生突然给我发了一张照片,是他用右手写的字。”丁瑜告诉记者,“虽然歪歪扭扭,笔画有很多毛刺,但他的个人康复意念很强,很有毅力,之后每天都会练习写字。”
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