一场车祸让老校长变成高位截瘫患者,却神奇地掌握了“意念控制”的超能力……

大健康

钱江晚报·小时新闻记者 张冰清 通讯员 方序 鲁青 

浙江省人民医院康复科的病房里,张大伯百无聊赖地盯着电视屏幕。电视剧情节老套、表演浮夸,他以前不感兴趣,现在却成了唯一的消遣。 

一场突如其来的车祸,让曾经文质彬彬的张校长变成了生活无法自理的高位截瘫患者,颈部以下完全无法动弹。他一度以为,人生剩下的光阴只能在轮椅上看无聊的电视剧度日。 

而几公里外的浙大二院神经外科办公室,浙江大学脑机接口临床转化团队正在寻觅一位失去行动能力的志愿者,参与“脑机接口”临床试验。如果试验成功,患者将像科幻电影里一样拥有“意念控制”的超能力。 

此前,他们曾接触过一位渐冻症患者,但病情加重后,患者变得口齿不清,最终没能通过评估。这一次,更合适的人选出现了:张大伯虽然高龄,但文化水平高,有很好的理解力和配合度,而且内心仍渴望高质量的晚年生活。 

在省人民医院医生的牵线搭桥下,双方一拍即合,一场刺激的科学探险开始了……

图片来源:视觉中国

意念控制机械手臂,将油条送到了高位截瘫患者嘴边 

下午3点多,午后温和的阳光洒进浙大二院神经外科的病房,张大伯从午睡中醒来,如约等到了浙江大学求是高等研究院的2位研究员。 

研究员一番复杂周密的调试后,他开始了当天的训练:紧盯着屏幕上小球的移动路径,当小球向上移动时,想象自己右臂做出抬起的动作。 

整个训练过程安静、枯燥,甚至有些无聊,房间里只有研究员反复“抬起,放下”的指导声。张大伯那只意念里抬起的右臂,纹丝不动地搁在轮椅的挡板上。 

此时,连接大脑的设备默默记录下了他产生“抬右臂”想法时出现的脑电信号,将看不见、摸不着的意念转化成了具体可见的波纹。

 

浙大脑机接口临床转化团队成员、浙大二院神经外科医生蒋鸿杰告诉钱报记者,去年8月,医生在张大伯大脑里植入了电极片,用来采集他特定动作的脑电信号。这些信号经过一套算法复杂的解码后,就能控制外部器械,从而实现“意念控制”。 

术后,张大伯每天像上班打卡一样准时接受2小时的训练,看似平平无奇,却是整个研究中不可或缺的环节。和常规的训练相比,今年年初的研究成果展示炫酷不少,吸引了不少学界和大众的关注。

那次展示中,研究人员将一个放着油条的杯子放在机械手臂上,张大伯集中注意力,用“意念”控制着机械手臂慢慢向自己靠近。过程并不十分顺利,机械手臂移动路径有时会出现偏差,他微微皱眉,努力调整着方向,最终将杯子挪到了嘴边,吃到了杯子里的油条。

那是他自车祸以来,第一次完全靠自己吃到食物,用的不是双手,而是脑电波。 

中学校长退休后遭遇车祸,自愿献身当科学研究的“小白鼠” 

今年72岁的张大伯是温州瑞安人,退休前当了10几年的校长,退休后游山玩水、打打麻将,日子过得惬意,直到遭遇一场惨重的车祸。

车祸造成他第四颈椎层面损伤,虽然前后在上海、杭州接受了颈椎减压手术和术后神经功能康复等治疗,但最终四肢还是完全性瘫痪,从此失去行动能力。 

出事后,张大伯的生活单调乏味,每天困在病房里睡觉、看电视。从前侃侃而谈的老校长变得寡言少语,偶尔说话也气喘乏力,声音轻得很难辨别。 

儿子小张说,老爸文化程度高,不会冲着家人发脾气耍性子,什么都憋在心里,“他觉得生活没有希望的时候就一句话都不说,但你可以从他的神态里看出失落。” 

所以,当省人民医院的医生告知他们浙大脑机接口临床转化项目时,全家人仿佛看到黑暗洞穴的尽头出现了一道微光。医生描绘了一个他们在科幻电影才见过的场景:意念控制着机械臂,完成握手、饮水、进食等日常动作,甚至还能玩电子游戏。 

但进一步了解后,顾虑和担忧也随之而来,因为试验需要开颅植入电极片,用来采集脑电信号。张大伯意识清醒、头脑清楚,家人哪舍得他脑袋白白挨一刀? 

浙大脑机接口临床转化团队领头人、浙大二院神经外科主任张建民教授解释,脑机接口技术的脑电信号采集可分为侵入式与非侵入式两种模式,“非侵入式采集的是头皮脑电信号,无需外科手术干预,操作相对方便,但存在辨析度弱、稳定性差等不足,无法满足更精准的运动控制,更无法实现高维度、高时效的脑机交互行为。” 

目前国际上对于存在精准运动控制需求的脑机接口临床转化应用,一般都采用侵入式脑机接口技术。电极植入手术虽然有一定创伤,但已经是临床上一项成熟的技术,安全指数还是很高的。 

经过双方1、2个月的反复沟通,张大伯和家人更深入了解了实验的意义和风险,最后同意加入这场未知的冒险。 

张大伯说,自己当了一辈子人民教师,愿意在晚年当一回“小白鼠”,为科学研究做一份贡献。张骥和其他家人无条件支持老爷子的决定,“这样能给他增加一些生活乐趣,让日子更有意义。” 

意念控制不再是幻想,将帮助更多失去行动能力的患者

去年8月,浙大二院神经外科医生为张大伯做了电极植入手术。张建民教授介绍,植入的Utah阵列电极只有4mm*4mm大小,但可以同步采集96通道的脑电信号,实时监测通道内单个神经元放电特征。 

他说,大脑运动皮层神经元共分为6层,实验需要将电极植入到第5层的位置。这个过程中,电极植入不能有毫厘之差。植入位置太浅或太深,都达不到效果,还会损伤其他神经,“这对我们来说,是全新的手术,难度非常大”。 

特别的是,这次的电极植入手术还是在手术机器人的辅助下完成的。“手术机器人将术中误差控制在0.5mm以内,术后复查、重建三维CT显示电极植入位点、植入深度等参数都十分理想,说明手术机器人极大提升了信号质量、降低了电极植入时的额外创伤风险。”

张建民主任为张大伯手术中

手术后,张大伯脑袋上多了一个螺帽一样的小玩意儿,拧开螺帽,连接设备,他大脑里的想法就会变成屏幕上五颜六色的脑电波波纹。 

植入电极后,科研人员开始激发他意念的“超能力”。第一步:采集脑电信号,患者反复产生某个动作的想法,电极片将相对应的脑电信号提取出来;第二步:引入非线性、神经网络算法对脑电信号进行分析、解码;第三步:将解码后的信号传送到外接器械,完成相应的动作。 

经过近半年的训练,张大伯终于练就了用意念吃油条的技能。现在,他还在训练更多高阶的意念控制能力,其中他最希望实现的是用意念来玩网上的麻将游戏。 

蒋鸿杰医生说,在全球范围内,张大伯是成功利用侵入式脑机接口技术实现肢体运动功能重建最高龄的患者。以往国际上的报道多为中年人甚至青年人,他们在体力、情绪、注意力方面的表现更加稳健。 

将来,脑机接口技术在医疗健康领域主要有三大应用前景:第一是康复医学领域,面向的是中重度神经功能损伤患者;第二是神经功能重建领域,面向的是重度神经功能障碍患者,如高位截瘫、渐冻症、失语症等;第三是复杂疾病的诊断技术创新,让诊断与治疗过程更加人性化智能化,比如治疗帕金森氏病的闭环脑深部电刺激等技术已经进入临床。 

新闻链接—— 

浙江大学脑机接口临床转化团队由浙江大学医学院附属第二医院神经外科张建民教授领衔,十多年来一直依托浙江大学学科交叉这一优良平台,与浙江大学求是高等研究院、浙江大学神经科学研究所等多个理工科及基础医学团队深度合作。 

2006 年,基础及生物医学工程团队实现了电极植入大鼠脑部的“动物导航系统”。通过脑机交互,让大白鼠按照“指令” 左转右弯、爬楼梯、绕 “8” 字,甚至 “勇敢地” 奋身一跃,跳上 30 多厘米高的平台。 

2012 年,基础及生物医学工程团队在猴子脑中植入微电极阵列,运用计算机信息技术成功提取并解码了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号,使猴子能通过 “意念”直接控制外部机械手臂。 

2014 年,浙大脑机接口临床转化团队开始在人脑表面铺埋皮层脑电微电极,实现 “意念” 控制机械手完成高难度的 “石头、剪刀、布” 手指运动,创造了当时的国内第一。 

2020年,72岁高位截瘫患者用意念吃油条,完成国内第一例植入式脑机接口临床研究。

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科技真强大!

189****1116
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