用意念也能寫字？浙大二院正在破解一項世界級難題
張大伯正在進行試驗。潮新聞記者 鄭文 攝
在腦海里寫字，一條條被腦機接口設備捕獲的腦電波在計算機屏幕上不停跳動，這些波形，時而雜亂無章，時而有規(guī)律可循——3月下旬，在浙江大學腦機調控臨床轉化研究中心神經(jīng)疾病分中心，研究團隊正在抓緊破譯與意念寫字相關的大腦活動，最新研究成果將于近期對外公布。
這個成立僅2年多的研究中心，誕生過不少國內領先科研成果。走進中心所在地浙大二院，25張床位組成的專項病區(qū)，連接著前沿技術與臨床實踐；30多位科研人員，平均年齡不足40歲，卻不懼難題；多項國家級、省級科研項目先后落地……為殘障人士解決行動問題，是全球醫(yī)學界都在攻堅的難題，這個中心為什么敢去挑戰(zhàn)？
記者推開浙大二院解放路院區(qū)6號樓16樓神經(jīng)外科病區(qū)大門，左手邊的第一間病房有些特殊，除了病床，角落里擺放的計算機、顯示屏和數(shù)據(jù)線等儀器設備，尤為顯眼。病房的患者，是年過七旬的高位截癱患者張大伯，也是一位腦機接口試驗者，神經(jīng)外科副主任朱君明正在一旁觀察他的訓練情況。
看到屏幕上出現(xiàn)漢字“于”，張大伯便全神貫注地在腦海里“寫”下這個字，研究人員利用軟件記錄下實時腦電波數(shù)據(jù)；接著，下一個字，“個”……
意念寫字的原理，不難理解：在腦海里寫不同的字，腦電波各不相同，但是每個字對應的腦電波相對穩(wěn)定。研究團隊要做的，就是從無數(shù)雜亂無章的數(shù)據(jù)中尋找相對穩(wěn)定的波形。這個“配對”過程，也是全世界科學家正在努力探索的。
這項研究，建立在腦機接口臨床轉化的基礎之上，浙江很早便開始了“讀心”的探索，腦機接口技術也已躋身世界先進水平——2006年，浙大團隊實現(xiàn)電極植入大鼠腦部的動物導航系統(tǒng)，讓大鼠按照指令走迷宮；2012年，在猴子腦中植入微電極陣列，使它能通過自身意念直接控制外部機械手臂完成勾、抓、捏、握等不同手勢。最激動人心的時刻發(fā)生在2020年，團隊在張大伯身上完成了我國首例侵入式腦機接口的臨床轉化研究，填補了國內空白。
從動物大腦，到人類大腦，這項技術到底難在哪？朱君明抽出一張白紙，一邊比劃圖形，一邊給記者解釋。首先，在電極植入環(huán)節(jié)，為了將4毫米×4毫米大小的微電極陣列植入張大伯大腦皮層神經(jīng)元的第5層，研究團隊嘗試了多種方式，太淺達不到效果，太深會損傷其他神經(jīng)，最后利用步進為0.1毫米的手術機器人，將電極植入誤差控制在0.5毫米以內。
張大伯正在進行試驗。潮新聞記者 鄭文 攝
挑戰(zhàn)更大的是意念操控環(huán)節(jié)，一開始，研究團隊嘗試直接搬用國外已有的幾套線性算法，效果都不太好。后來，他們創(chuàng)新引入非線性神經(jīng)網(wǎng)絡算法，自主研發(fā)了一套中國式解決方案。最終，張大伯成功通過腦機接口控制了機械手臂的三維運動。
張大伯今天狀態(tài)不錯，10多分鐘就完成了訓練，他說自從參加這項研究后，不再每天消沉，還定下了許多“小目標”。
這些改變，神經(jīng)疾病分中心主任張建民看在眼里，他堅信，任何一項基礎醫(yī)學的最終目的都是為病人解決實際問題，中心“產學研”融合的發(fā)展模式，將帶動浙江省神經(jīng)疾病創(chuàng)新診治水平的整體提升。
事實上，已經(jīng)有許多神經(jīng)疾病患者感受到了科技變革帶來的新希望。正在上中學的癲癇患者小孫就是一位受益者。他的頭上植入一個閉環(huán)神經(jīng)刺激器，能夠阻止癲癇發(fā)作。從2010年開始探索閉環(huán)神經(jīng)刺激器的自主研發(fā)與臨床轉化，到2021年完成國內首例植入手術，研究團隊在經(jīng)歷數(shù)次挫折與失敗后，實現(xiàn)了從技術到產品、從基礎到臨床的層層突破。
目前，研究團隊正在進行大規(guī)模臨床試驗，已經(jīng)有來自全國各地的數(shù)十例臨床患者接受閉環(huán)神經(jīng)刺激器植入手術，并評估長期療效。
有人不解，花那么多時間和精力去做這么一件事，值得嗎？在朱君明看來，科研創(chuàng)新要想成功，獲得同行的認可，甚至領跑行業(yè)，就必須付出比別人更多的心血，“科研就像登山，絕不能輕易退縮，要做‘從0到1’的開拓者�！�
采訪當天，朱君明還在出門診，過了飯點仍有不少患者圍著他咨詢。他早已習慣了在門診、手術、教學和科研的不同角色間，來回切換。這也是團隊科研骨干們的工作常態(tài)。
“這個研究很‘酷’，不是嗎？”見到熊心竹時，她正在聚精會神地處理實驗數(shù)據(jù)。她今年24歲，加入團隊剛滿一年，主要負責對實驗數(shù)據(jù)進行收集、分析和解碼。
在這里，她和同事們遇到的問題都是全新的，沒有前人的研究作為基礎，全靠自己摸索。面對這樣的挑戰(zhàn)，她顯得很興奮，“這也是做科研最有趣的地方。”越來越多的年輕科研人員不怕難、不畏難，促成了研究團隊在多個項目上先人一步。
采訪接近尾聲時，記者在中心一塊展板前，看到了多位科研骨干的個人介紹，以及“吳文俊人工智能科學技術一等獎”等團隊榮譽。在浙大二院黨委書記王建安看來，這些榮譽背后，離不開團隊成員的神經(jīng)外科、電子工程、機械工程、計算機科學、生物醫(yī)學等多學科背景的助力。
王建安表示，腦機接口領域的研究需要多學科緊密合作，而浙江大學的綜合性大學特征為學科交叉打下了良好的基礎。接下來，該中心還將重點聚焦難治性癲癇、帕金森病、抑郁癥與強迫癥、重度癱瘓等四類重大疑難疾病，加大力度推動腦機調控創(chuàng)新診治研究。
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