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阿凡达成真浙医二院实现用人脑控制机械手

2019/04/11 来源:酒泉信息港

导读

【导语】:在电影《阿凡达》中,地球的自然资源在 2154年时已经枯竭,人类不得不到潘多拉星球寻找能够解决地球能源问题的矿物。由于潘多拉星球的

【导语】:在电影《阿凡达》中,地球的自然资源在 2154年时已经枯竭,人类不得不到潘多拉星球寻找能够解决地球能源问题的矿物。由于潘多拉星球的空气对人类有毒害,所以科学家们发明了一种可用人类意念控制的“阿凡达”,在潘多拉星球上执行任务。下身瘫痪的前海军战士杰克·萨利躺在密封舱中99T1电流表厂家
,通过头上戴着的复杂设备,利用意念操控人造的混血阿凡达。

在电影《阿凡达》中,地球的自然资源在 2154年时已经枯竭,人类不得不到潘多拉星球寻找能够解决地球能源问题的矿物。由于潘多拉星球的空气对人类有毒害,所以科学家们发明了一种可用人类意念控制的“阿凡达”,在潘多拉星球上执行任务。下身瘫痪的前海军战士杰克·萨利躺在密封舱中,通过头上戴着的复杂设备,利用意念操控人造的混血阿凡达。

这是一部科幻电影,利用意念来操控阿凡达只是编剧和导演的虚构。然而,随着科学的进步,利用“意念”来操控器械已经不再是人类的幻想,如今,这神奇的一幕在浙江大学医学院附属第二医院神经外科病房上演。

用意念操控机械手

出“剪刀、石头、布”

昨天,在浙医二院,神经外科的专家通过视频向大家再现这神奇一幕。

一位病人躺在病床上,她的正前方是一台电脑,病床左侧则是一只机械手,她将和机械手“玩”一个人们熟知的“石头、剪刀、布”的游戏。

电脑向病人做出提示,示意她出“石头”,病人脑中想着“石头”,并且做出拳头捏紧的动作,一旁的机械手也几乎同步做出“石头”的手势。随后,病人又用同样的方式操控机械手完成了“剪刀”和“布”的手势。剪刀、石头、布……病人用意念操控了40次,机械手的准确率达到80%。

随后,机械手又和病人“玩”起难度更大的对抗游戏。病人脑子里想到“石头”,并且手出拳头,机械手“感受”到她的意念,对抗性地给出“布”的手势。

这神奇的一幕是如何完成的?

浙医二院神经外科主任张建民教授说,这是一位难治性癫痫的患者,她的癫痫很严重,发作越来越频繁,药物已经无法控制,需要手术切除病灶。手术之前,医生要先找到病灶。普通的脑电图检查无法明确癫痫病灶部位,医生需要在颅内埋藏电极监测皮层脑电,从中找出病灶。

医生在病人颅内放了一块长8cm、宽4cm的皮层电极片,其中部分覆盖在大脑表面的运动神经区。在征得患者和家属知情同意,并经医院伦理委员会批准,在不影响病人监测情况下,医生用分线器将监测的脑电分出一路,连接到脑电信号记录分析仪,脑电信号经解码处理后再输入到机械手,从而控制其手指活动。然后,就出现了视频中的一幕。

国内首家将植入式“脑机接口”

应用于人脑

这是浙医二院神经外科和浙江大学求是高等研究院合作的“脑机接口”项目的一大进展。

所谓脑机接口(Brain-machine interfaces,BMI),简单说就是大脑与外部设备之间建立的神经信息交流与控制通道,从而可以实现大脑与外部设备的直接交互,完成大脑对外部设备的控制。《阿凡达》等众多科幻电影所展示的就是这类技术。

脑机接口也是国际上的前沿项目,很多发达国家都花巨资研究这项技术。浙江大学求是高等研究院郑筱祥教授说,从2006年开始,他们和浙医二院神经外科合作,开始“脑机接口”这一研究项目,项目由来自生物医学工程、计算机、医学等领域的研究人员合作。

项目先从早期动物实验等基础研究开始包装盒厂家
。比如PMP培训
,2012年2月,项目演示了猴子用意念取物。在实验室里,一只叫“建辉”的猴子用抓、勾、握、捏四种不同的手部动作,“对付”它面前放着的四种不同形状的物体。半米外,一只机械手就像是与“建辉”有“心灵感应”,同步做着一模一样的手部动作,并分别抓住实验人员递来的塑料瓶、书本、胶带圈和小饰物。

这次的研究在动物模型试验的基础上,首次过渡到了人脑上的应用。据了解,浙医二院和浙江大学用“脑机接口”技术在人脑上的研究和探索,目前在国内尚属首家,而这项新技术在全球范围内也达到了前沿水平。

渐冻人、脑卒中患者将从中受益

张建民教授说,这项项目是浙医二院神经外科将脑机接口技术进一步应用到了人类运动功能重建领域,这是一次转化医学的实践。“转化医学”是现在很时髦的一个词,基本医学研究再发达,终归要应用到临床,才能为患者解决实际问题。

这项新技术能让哪些患者从中受益?张建民教授说,它能帮助一些有运动缺陷的患者重建运动功能。目前临床上诸如脑卒中后肢体瘫痪;脊髓损伤致肢体偏瘫、截瘫;脊髓侧索硬化;外伤致截肢等多种涉及运动功能障碍的患者都将是该新技术未来的受益者。

近这段时间,“冰桶挑战”很热门,这项游戏旨在提高人们对于“渐冻人”的关注。“渐冻人”肌肉会逐渐萎缩,逐渐丧失运动功能。“脑机接口”能帮助“渐冻人”们通过意念利用机械手来完成打字、拿东西等各项操作。

“脑机接口”还能造福广大的肢体瘫痪患者。全球范围内脑卒中是第二大致死疾病,有170万患者出现卒中相关性严重并发症,而肢体瘫痪是主要残疾症状。这些患者将面临终身肢体运动不能、生活不能自理等诸多功能障碍,直接影响生存质量。随着“脑机接口”技术的不断发展,肯定能为脑卒中后肢体瘫痪及其他运动功能障碍性疾病患者重建肢体运动功能、提高生存质量带来新的希望。

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