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（來源：上觀新聞）

高位截癱患者（左）通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的腦機(jī)接口系統(tǒng)意念控制輪椅

因頸髓損傷而高位截癱的中年人，僅憑意念，即可自如地操控智能輪椅在小區(qū)遛彎，指揮機(jī)器狗作為“身體延伸”取回外賣……

這便是近日中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心趙鄭拓、李雪團(tuán)隊(duì)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院及相關(guān)企業(yè)，開展的第二、三例侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)的成果。

“裝了腦機(jī)之后，每天都會(huì)有些不一樣?！钡诙R床患者感嘆。甚至，科研團(tuán)隊(duì)還為他找了份工作，他開始參與線上數(shù)據(jù)標(biāo)注工作，不僅有了收入，更讓自我價(jià)值得到了一定體現(xiàn)。

“今年，腦機(jī)接口迎來了爆發(fā)式增長(zhǎng)，也受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注?？梢灶A(yù)見，未來幾年內(nèi)，腦機(jī)接口和人工智能仍將是科技競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)領(lǐng)域。在這兩個(gè)領(lǐng)域里，中美的競(jìng)爭(zhēng)是直面的。我們的發(fā)展方向和美國(guó)不太一樣，我們特別重視社會(huì)需求和應(yīng)用場(chǎng)景，而且是一種開源的模式?！蹦X智卓越中心學(xué)術(shù)主任、中國(guó)科學(xué)院院士蒲慕明表示，“我們對(duì)自己接下來的要求是，患者能實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制。下一次展示，或許就是患者能用機(jī)械手彈《茉莉花》了?！?/p>

高位截癱患者通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)意念控制機(jī)器狗

患者控制體驗(yàn)極其流暢，意念與動(dòng)作幾乎同步

第二例臨床患者張哥的故事，始于一次不幸的摔倒：2022年，患者因脊髓損傷導(dǎo)致高位截癱，經(jīng)過一年多的康復(fù)，情況沒多大改善，僅剩頭頸部可以活動(dòng)；今年6月，他植入了腦智卓越中心和合作企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的腦機(jī)接口系統(tǒng)。

幾周后，變化發(fā)生了！

最初，他經(jīng)過兩三周的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電腦光標(biāo)、平板電腦等電子設(shè)備的控制?？蒲袌F(tuán)隊(duì)捕捉到了他更深層的渴望：不僅僅是控制虛擬世界，更是要重新“觸摸”和影響真實(shí)的物理世界！

為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)將應(yīng)用場(chǎng)景從二維的電子屏幕，拓展至三維的物理外設(shè)。智能輪椅和機(jī)器狗成為了新的控制對(duì)象。這不僅需要解碼“向左”“向右”的簡(jiǎn)單意圖，更需實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、低延遲的精準(zhǔn)控制，以應(yīng)對(duì)真實(shí)環(huán)境中復(fù)雜的路面狀況和交互任務(wù)。

“我們開發(fā)了高壓縮比、高保真的神經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并創(chuàng)新性地融合了多種數(shù)據(jù)壓縮方式。這套混合解碼模型，即便在神經(jīng)信號(hào)相對(duì)嘈雜的環(huán)境中，也能高效提取有效信息，將腦控性能整體提升了15%—20%。”腦智卓越中心研究員趙鄭拓介紹。

不難想象，家庭、社區(qū)等真實(shí)環(huán)境充滿聲、光、電磁等各類噪聲，患者自身的生理、心理狀態(tài)也會(huì)波動(dòng)。為此，團(tuán)隊(duì)引入了“神經(jīng)流形對(duì)齊技術(shù)”，其核心是從高維、多變的神經(jīng)信號(hào)中，提取出代表核心意圖的、穩(wěn)定的低維特征，確保了解碼器輸入端的魯棒性。

“速度”也是至關(guān)重要的一項(xiàng)指標(biāo)。記者了解到，人體自然神經(jīng)環(huán)路的傳導(dǎo)延遲在200毫秒左右。團(tuán)隊(duì)通過自定義通信協(xié)議，將腦機(jī)接口系統(tǒng)從信號(hào)采集到指令下發(fā)至外設(shè)的端到端延遲，壓縮到了100毫秒以內(nèi)，甚至低于人體自身的生理延遲。這使得患者的控制體驗(yàn)極其流暢自然，意念與動(dòng)作幾乎同步。

“就像控制游戲里的人物，不用特意去想搖桿要往哪個(gè)方向擺，自然而然想往哪個(gè)方向就過去了。信號(hào)傳輸比較穩(wěn)，也沒有太多延時(shí)?！睆埜缛缡钦f。

已進(jìn)入“創(chuàng)新綠色通道” 未來手術(shù)像“打耳釘”

新民晚報(bào)記者了解到，趙鄭拓、李雪團(tuán)隊(duì)開發(fā)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)，已進(jìn)入國(guó)家藥監(jiān)局創(chuàng)新醫(yī)療器械審評(píng)的“創(chuàng)新綠色通道”。

攝影：陶磊

“最核心的元器件是我們積累了近十年的超柔性電極，電極絲厚度僅有發(fā)絲的1%，寬度與頭發(fā)絲相似。電極彎曲時(shí)產(chǎn)生的作用力，與兩個(gè)細(xì)胞間的互相作用力差不多?！壁w鄭拓介紹。

植入過程，是將顱骨局部打薄5毫米左右，形成一個(gè)骨槽，把硬幣大小的植入體嵌入顱骨；而后通過顱骨上的小孔，將電極絲微創(chuàng)植入到大腦皮層下約5—8毫米的深度。

“我們期待，未來植入手術(shù)會(huì)變得像‘打耳釘’一樣簡(jiǎn)單、微創(chuàng)?！彼a(bǔ)充道。

趙鄭拓透露，第三例受試者同樣是位高位截癱病人，今年10月接受手術(shù)。不到兩個(gè)月時(shí)間，已能控制機(jī)械臂幫助自己喝水。

在長(zhǎng)期觀察中，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的神經(jīng)機(jī)制：隨著患者對(duì)腦控外設(shè)的熟練，完成任務(wù)所激活的神經(jīng)元群體，會(huì)從初期“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”逐漸演變?yōu)椤熬J小隊(duì)出擊”。神經(jīng)元數(shù)量減少，但單個(gè)神經(jīng)元的調(diào)控效率和貢獻(xiàn)度提升，認(rèn)知負(fù)擔(dān)大幅降低——這從神經(jīng)科學(xué)層面解釋了為何患者最終能達(dá)到“隨心所動(dòng)”，將外設(shè)內(nèi)化為“身體一部分”的境界。

趙鄭拓用一個(gè)生動(dòng)的比喻描述：“就像學(xué)外語，從需要腦中‘過渡一下’到能直接脫口而出。”

關(guān)注真實(shí)生活具體問題 想幫患者恢復(fù)生活能力

在腦機(jī)接口領(lǐng)域，存在著“技術(shù)展示”與“真實(shí)應(yīng)用”的潛在張力。一些演示可能追求視覺震撼，但腦智卓越中心研究李雪表示，他們的原動(dòng)力就是解決患者真實(shí)生活中的具體問題。

趙鄭拓研究員與第二例侵入式腦機(jī)接口臨床患者

“我們聽到很多患者需求，就是希望能在腦機(jī)接口系統(tǒng)的幫助下，實(shí)現(xiàn)自己可以幫自己換導(dǎo)尿管?！壁w鄭拓說。

兩位年輕的科學(xué)家告訴記者，選擇研發(fā)腦機(jī)接口技術(shù)，是“看到了它有消費(fèi)級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景”，而之所以先“走”醫(yī)療，也是因?yàn)檫@是“必經(jīng)之路”——既能滿足很多人的實(shí)際需求，又能推動(dòng)不斷打磨各項(xiàng)技術(shù)。

“比方說，對(duì)于智能機(jī)器人、多個(gè)自由度的機(jī)械臂等復(fù)雜外設(shè)，是否可以通過大腦神經(jīng)活動(dòng)編碼的復(fù)雜信息，操控多自由度的機(jī)械臂，最終可以像自己身體的一部分那樣靈活?！崩钛┱f。

高位截癱患者通過腦智卓越中心等單位研發(fā)的侵入式腦機(jī)接口系統(tǒng)參與線上數(shù)據(jù)標(biāo)注工作

值得一提的是，在應(yīng)用探索中，趙鄭拓及李雪敏銳地抓住了“再就業(yè)”這一更深層次的社會(huì)需求，與地方殘聯(lián)的“科技助殘”項(xiàng)目合作，讓第二例受試者參與線上數(shù)據(jù)標(biāo)注工作?！拔椰F(xiàn)在是一位實(shí)習(xí)分揀員，每天都要對(duì)著電腦腦控光標(biāo)，練習(xí)商品分揀，有點(diǎn)難。但對(duì)我來說是寶貴的機(jī)會(huì)，錢不多，攢起來給兒子讀大學(xué)。”

在李雪看來，對(duì)于一位高位截癱者而言，能夠通過勞動(dòng)獲得報(bào)酬，意味著他不再僅僅是被家庭和社會(huì)單向照料的對(duì)象，而重新成為了社會(huì)價(jià)值的創(chuàng)造者，“三年前在開發(fā)第一代原型機(jī)時(shí)，團(tuán)隊(duì)就開始構(gòu)思如何幫助患者恢復(fù)工作能力?！?/p>

趙鄭拓發(fā)給記者一份“臨床試驗(yàn)患者招募”公告，顯示正在招募因高位頸髓損傷、腦干中風(fēng)、漸凍癥等導(dǎo)致四肢癱瘓，或雙上肢截肢患者?！拔覀円呀?jīng)收集到了七八百人的申請(qǐng)，會(huì)經(jīng)過非常嚴(yán)格和謹(jǐn)慎的篩選，挑選臨床試驗(yàn)患者。”趙鄭拓表示。

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原標(biāo)題：《高位截癱患者因腦機(jī)接口“再就業(yè)”：錢不多，攢起來給兒子讀大學(xué)》

欄目編輯：馬丹 圖片來源：除署名外，均源自采訪對(duì)象

來源：作者：新民晚報(bào) 郜陽