志愿者借助“脑机接口”技术控制机械臂进食。

新华社杭州1月17日电(记者朱涵)“握住瓶子,向自己的嘴巴移动,调整方向,很好!”躺在浙江大学医学院附属第二医院病床上的张先生用吸管吸了一口可乐,房间里响起了一片掌声。

张先生今年72岁。两年前,一场车祸造成他的脊髓神经损伤,四肢瘫痪。如今,借助脑机接口技术,他可以用大脑直接控制机械手臂,完成握手、饮食、玩麻将等复杂动作。

1月16日,浙江大学对外发布了这项研究成果。这项研究由浙江大学求是高等研究院“脑机接口”团队与浙江大学医学院附属第二医院神经外科合作完成。

抓、握、移……这些动作背后是信号发送、传输和解码等一系列复杂的过程。这一过程对张先生这样脊髓神经损伤、运动功能丧失的残障人士而言,是不可能完成的任务。

志愿者借助“脑机接口”技术控制机械臂与研究人员握手。

浙江大学医学院附属第二医院神经外科主任张建民说,脑机接口就是在大脑和假肢等外部设备之间建立一条直接传输大脑指令的通道。在脊髓及运动神经通路损坏,但大脑皮层功能尚健全的情况下,让大脑直接控制外部设备。

据了解,该项研究于2019年8月经过浙大二院医院伦理委员会批准,并征得志愿者和家属的知情同意后开始进行。

浙江大学求是高等研究院王跃明教授说,研究团队还针对志愿者制定了个性化的脑电信号捕捉解码方案。“老年患者的脑电信号质量与稳定性都要差些,我们设计了更能‘读懂’老年人的心思的解码器。”

据了解,志愿者接受了4个多月循序渐进的适应性训练。志愿者先练习用意念想象控制电脑屏幕上的光标小球进行二维空间和三维空间内的移动,再逐步过渡到用意念想象控制机械臂完成上下左右等9个方向的动作,最后才是控制机械手臂模拟握手、饮水、进食等复杂动作。

志愿者借助“脑机接口”技术控制机械臂喝可乐。

近年来,国际科学界和产业界都对脑机接口技术进行了关注和投入。此前,美国匹兹堡大学、加州理工大学等研究团队均通过植入式脑机接口技术,让残障人士控制机械手。在中国,浙江大学、复旦大学等多所高校也在这一领域持续进行了多年探索。在2014年,浙江大学团队已通过在志愿者大脑内植入皮层脑电微电极,实现“意念”控制机械手完成“石头、剪刀、布”手指运动。

“一项基础医学的最终目的是为病人解决实际问题。”张建民说,浙江大学发布的最新成果证明,高龄患者能够利用植入式脑机接口进行复杂而有效的运动控制。这项成果将有助于肢体瘫痪患者进行运动功能重建,从而提高生活质量,未来也将在辅助运动、功能重建、老年机能增强等更多领域产生积极影响。

研究人员也表示,脑机接口技术要真正应用到现实生活之中,还需要克服一些技术瓶颈。

“比如如何解决植入芯片后信号衰减的问题,如何能够最大限度避免芯片植入对大脑的损伤,更进一步实现安全、高效,还有赖于材料、医学、计算机等多领域研究团队的共同探索。”张建民说。(图片均由浙江大学提供)