介入手术两小时实现脑机连接

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本次试验突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术，完成了支架、导管等神经介入器械产品研制，解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端，对推动我国脑科学领域发展具有重要意义。
——段峰 南开大学人工智能学院教授
记者近日从南开大学获悉，由南开大学人工智能学院段峰教授科研团队牵头研发的国内首个介入式脑机接口技术在北京成功完成动物试验，该技术只需通过类似心脏搭桥的微创手术便可实现脑机连接，整个手术植入过程可在两小时内完成。
首次在羊脑内实现介入式脑机接口
脑机交互是脑科学研究的一个分支。其通过脑电信号检测技术获取神经系统的电活动变化，再对这些信号进行分类识别，分辨出引发脑电变化的动作意图，再用计算机把人的思维活动转变成命令信号驱动外部设备，从而在没有肌肉和外围神经直接参与的情况下，实现人脑对外部环境的直接控制。
据段峰介绍，目前，传统脑机接口分为侵入式脑机接口和非侵入式脑机接口。侵入式脑机接口需要通过开颅手术或者钻透颅骨将脑电传感器植入脑内，如特斯拉公司首席执行官埃隆·马斯克的Neuralink脑机接口需要直接从头骨植入，这可能会导致患者大脑的长期炎症。而非侵入脑机接口虽然对人没有伤害，但是脑电信号微弱，识别准确率和实时性受限。
介入式脑机接口是一种新兴的脑机接口方式，段峰科研团队采用治疗中风的神经介入技术，通过静脉将脑电传感器植入大脑运动皮层、视觉皮层等脑区后，神经支架膨胀，将电极挤压在靠近大脑的血管壁上，从而获取相应脑区信号。这一技术最大的优点是不需要颅骨钻孔或开颅手术即可获得脑电信号。
“经查新，本次试验是国内首次在羊脑内实现介入式脑机接口的实验，突破了介入式脑电电极、血管内脑电采集等核心技术，完成了支架、导管等神经介入器械产品研制，解决了传统侵入式脑机接口对脑区造成不可逆损伤的弊端，对推动我国脑科学领域发展具有重要意义。”段峰说。
介入式脑机接口医疗前景广阔
介入手术需要医生在X线下完成，为了减轻医生负担，降低医生受辐射风险，此次试验的脑电极植入术，由河北工业大学张建华教授科研团队研发的介入机器人辅助完成。该机器人采用主从操作方式，由宣武医院神经外科主任医师马永杰在主端操作，成功完成了部分血管造影。试验最终在羊脑血管内完成了传感器植入，并成功采集到了脑电信号。
“植入人体血管的支架经过长期临床应用及研究，已经拥有较高的安全性。事实上，通过介入式脑机接口这一方式，沿着血管植入传感器，可以连通并激活大脑区域，无需侵入大脑即可获得脑电信息。”段峰介绍。
脑机接口技术实现了人脑与设备的直接交互，是实现人机共融的方式之一，具有极大的应用潜力。因此目前各个国家也都在积极发展脑机接口技术以及探索这项技术的应用。
法国Fabien团队研究脑电信号处理算法，致力于脑机接口训练任务、被动式脑机接口应用如3D用户界面的评估等研究；美国波士顿大学和麻省理工学院开发的闭环EEG系统，可以使没有受过训练的人群实现直观的人机交互；美国卡内基梅隆大学研究人员利用无创的脑机接口技术，成功开发具有连续跟踪计算机光标能力的机械臂；马斯克团队通过植入式脑机接口，实现了猴子用意念玩电子游戏。
在我国，南开大学成功研发出“脑控汽车”，在国内首次实现人脑控制汽车在真实道路上驾驶；浙江大学完成了国内首例植入式脑机接口临床转化，使患者可以利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手，实现三维空间的运动等。
段峰表示，此次在动物脑内开展介入式脑机试验研究，可改善因脑、脊髓、周围神经或肌肉功能障碍引起的严重瘫痪患者（脑卒中、渐冻症等）的功能独立性，在治疗癫痫、睡眠障碍、帕金森病等疾病中具有重要意义，未来应用前景广阔。