来源:京报网
2023-05-19 18:12:14
一只猴子动动脑,
用“意念”就能控制机械臂,
(资料图)
将食物送到嘴边……
今年5月上旬,一场非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京取得成功,这是全球首例同类型试验。 业界认为,它标志着我国脑机接口技术跻身国际领先行列。
此次试验由南开大学段峰教授团队牵头,与中国人民解放军总医院(301医院)、上海心玮医疗科技股份有限公司联合完成,突破了血管内脑电信号采集、介入式脑电信号识别等脑机接口核心技术。
近日,潮新闻记者采访到段峰教授,解读背后的故事。
研发新型脑机接口
微创即可采集脑电信号
双手被绑住的猴子,想吃食物时大脑会产生伸手取食的“冲动”,于是产生“意念”操纵机械臂运动,成功把食物送到了自己嘴里。
今年5月上旬,借助介入式脑机接口技术,南开大学段峰教授领衔的团队成功完成了上述试验。这是全球首例非人灵长类动物“介入式脑机接口试验”。
所谓脑机接口,就是大脑能用“意念”控制的外部设备。 传统脑机接口分为侵入式和非侵入式两种。侵入式设备需要开颅将传感器植入大脑皮层;非侵入式则一般采用头外穿戴设备采集信号。
与之不同,介入式脑机接口采集信号时并非无创,但不需要开颅,而是通过微创进行。
团队研发出搭载了传感器的血管支架,以此作为信号采集器。此次试验中,需要在试验动物,也就是猴子的颈静脉刺个小口,通过细如发丝的静脉导管,将装有传感器的支架送入位于大脑皮层的血管。
当导管被移除时,血管支架会在血管壁内扩张,传感器贴近血管内壁,从而采集脑电信号。信号经过外部电脑的解析,又变成控制命令发送给机械臂,操纵机械臂运动。
“在脑血管中放置支架已经较为成熟的手术,可以用于治疗脑血栓、脑梗塞等疾病,将其应用于脑机接口,损伤小,容易操作。”段峰表示。
本轮试验从2020年开始做准备。去年6月,段峰团队以羊为试验对象,完成了国内首例介入式脑机接口动物试验,验证了自研传感器的有效性、安全性。
刚刚完成的试验,则验证了“介入式脑电信号解析”这一新技术的成效,通过猴子用“意念”控制机械臂递送食物到自己嘴里,实现了主动意图识别对机械臂的控制。
脑接口诞生数十年
团队成果兼顾信号与安全
人类一直在试图揭开大脑之谜。
成人大脑皮层中约有140亿个神经细胞,又称为神经元,它们互相连接,控制着人类的思考、运动。当神经元活动时会产生电信号,也就是脑电波。
早在上世纪20年代,科学家们就发现了脑电波的存在,并开始研究运动与神经元放电关系。以此为基础,脑机接口概念诞生,其目标就是读取并利用大脑神经元的电信号。
换句话说,人类对脑机接口的研究已达数十年。 2000年以后,相关技术进展迅速。
美国布朗大学研究人员曾开发过一个脑机接口系统BrainGate。2012年,相关研究使一个瘫痪的女士在试验中,通过侵入式脑机接口系统控制机械臂,将一杯咖啡送到了自己嘴前。
真正激发公众好奇与热情的是2021年4月,埃隆·马斯克创办的Neuralink钻透猴子颅骨,将一枚极小的电极植入猴子大脑,让一只猴子利用“意念”,玩起了电脑乒乓游戏。
在国内,1999年清华大学就已经发表过脑机接口相关论文。2014年,段峰团队完成过“脑控汽车”的试验,通过头戴式设备采集脑电信号,让试验者意念“发号施令”,控制汽车行进,“但脑电信号长期稳定性差。”段峰说。
2020年,浙江大学团队也成功完成国内首例侵入式脑机接口临床转化。团队给一位72岁的高位截瘫大伯植入装置,使他能通过“意念”控制机械手臂,患者需要开颅佩戴设备……
与此前试验相比,段峰更希望找到一个识别脑电信号准确、但伤害性又小的方式。最终,他选择与神经介入器械公司心玮医疗联手,采用血管支架方式,共同研发介入式脑机接口。
医疗健康成脑机接口应用主场景
离普适性产品有多远?
大多数人对脑机接口的印象来源于科幻作品,《黑客帝国》里它将人类控制在“矩阵”中,《阿凡达》里它让杰克摆脱轮椅,《头号玩家》里它连通游戏与现实世界……
现实世界里,脑机接口在试验中也实现了“隔空取物”“隔空游戏”,除此之外,脑机接口还能带来什么?
段峰认为,目前,医疗健康将是脑机接口应用的主要场景,比如脑卒中、抑郁症、阿尔兹海默症等,这其中介入式脑机接口凭借不开颅、信号质量好,又有更好的适用场景, “比如,脑卒中患者接受救治后,可以使用介入式脑机接口进行主动意识的康复训练。”
然而真正实现,还有很长的路要走。目前,脑机接口是国内外竞逐的科技热点。在国外,多家企业完成脑机接口动物试验,其中包括Neuralink、BrainCo和Synchron等,然而还未诞生一款普适性产品。
备受关注的Neuralink在通过开颅植入电极,让猴子完成“意念”玩乒乓球游戏等试验后,被曝23个试验猴中过半已死亡,公司也因涉及违反《动物福利法》被调查。
在介入式脑机接口领域,段峰表示,接下来,团队将朝着开展人体试验方向努力,希望未来产品最终逐渐下沉,让普通患者可以受益于此。
不过,从动物到人体,难度逐级增加。据介绍,目前,前两个阶段完成试验的动物都状态良好,后续团队还需要继续监测试验羊和试验猴的各项生理指标,以更好评价试验的有效性和安全性。
“在临床上,我们没有先例,要将技术到临床,可能还需要走较长的一段路。”段峰表示,这涉及政策支持、资金支持、法律法规建设等一系列配套建设,同时,还要推进伦理审批工作,最终何时应用于人体,时间上还无法确定。
(原标题:全球首例,不开颅让猴子“意念”取食)
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