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医疗技术

瘫痪患者的一小步 人类发展的一大步

来源:环球医学编写    时间:2017年07月06日    点击数:    5星

很多人都对2014巴西世界杯上这一幕印象深刻:28岁的截瘫青年朱利亚诺•平托凭借身穿的“机械战甲”,为当届世界杯开球。巴西用这样的方式向世界展示他们在神经学上的新成果。

平托的一小步 神经康复的一大步

“机械装甲”的主导发明人、巴西籍神经生物学家、美国杜克大学神经中心主任米格尔•尼科莱利斯近日来到中国,分享了他在脑机接口领域的研究和心得。

脑机接口系统简单说来就是让脑瘫患者通过“意念”控制“外骨骼”设备,实现行走和其他活动。米格尔介绍说,整个过程先由患者的大脑发出行动信号,经电极采集、传输到计算机装置中后,行动信号就会被识别并转化成数字化行动指令,外骨骼收到数字指令后,就可以发生行走这样的简单动作。

这一技术的进展得益于米格尔和他的博士后导师发明的一种方法:同时将数百个发丝般细柔的传感器(即微细线)植入大鼠和猴子的大脑。这些灵敏的微细线可以探测到额叶和颞叶皮层中成百上千个神经元发出的微弱电信号(即动作电位),而额叶和颞叶皮层正是自主运动的主要控制脑区。

更神奇的是,这一脑机接口系统不仅能够把大脑信号解读出来,控制人工假肢;它还能把人工假肢感受到的触觉信息重新反馈给大脑,使大脑认为假肢就是身体的一部分。

脑机接口技术让患者重新行走

巴西世界杯之后,米格尔小组发起了一项名为“重新行走”的计划。米格尔介绍说,很多截瘫病人在脑机接口的帮助下都有不同程度的恢复和好转。这使台下倾听演讲的中国神经学专家眼前一亮。

清华大学医学院教授、美国医学与生物工程院会士高上凯说道:“我觉得未来随着神经科学研究的深入、工程技术的发展,脑机接口还会不断开拓新的应用领域。”

传统的概念认为脊髓损伤不可恢复,只能用外骨骼机器人代替病人行走。国家康复辅具研究中心附属康复医院名誉院长毕胜表示,有了脑机接口后,病人可以“自己走”,是“真正康复了”。

从植入到非植入再到微创术

米格尔早期的实验基本上都是需要将电极植入在颅内。虽然这种侵入式脑机接口可以更高频、更准确、更平滑地控制外部机械,并且可以完成较复杂的动作,还能进行精确的电刺激让大脑产生特定的感觉。但是米格尔近些年的工作多是无创的非植入式脑电介入。这是因为一方面植入操作比较困难,另一方面植入的电极会被神经包裹,从而降低信道效率。

相比于植入式和非植入式各有缺点,现在产生了第三个选择——在颅骨里面只做微创的手术。清华大学医学院教授洪波说,这是从技术上或者需求上更接近实现的途径,毕竟现在工程能力还有很多困难,比如带宽、供电等问题。

患者迅速适应脑机接口系统的神助力

在植入式脑机接口的研究中,米格尔提出一个超前的概念“脑网络”。为了证实设想,米格尔和助手设计了一个“有社交活动控制”的实验:一只猴子在另一只猴子完成骑车任务后会得到奖励,所以这只“看热闹”的猴子非常关心骑车猴子能否完成任务。然后,两只猴子的身份进行互换。在这样的情况下,两个猴子必须互相配合,才能各自在“看热闹”时获得奖励。

米格尔通过无线记录下两只猴子的大脑活动。他发现,两只猴子能够默契配合得到奖励,两个大脑“好像有同步的活动”。米格尔说,如果将同样的道理作用在人身上,没用过康复系统的患者可以在熟悉系统的实验员的帮助下快速适应。

脑机接口这一革命性的技术成果,不仅给人们认识大脑带来了新的角度,更重要的是给全球的瘫痪患者带来了重获感觉和运动能力的曙光。未来,或许会像电影《黑客帝国》里那样,人脑支配机械身体行动自如。

 

(环球医学编辑:石 岩)
 

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