潮新闻客户端 记者 吴朝香 视频 杨子宸 通讯员 杨陶玉 薛蕙质
34岁的杨先生(化名)想用右手推动面前的康复器材。然而,这只因脑卒中而丧失活动力的手纹丝不动。就在他准备放弃的那一刻,眼前屏幕上的波纹突然闪动——右手竟然动了起来!不是手自己动了,而是他“想动手”的念头,被机器读懂了。
如果思想能被读取,瘫痪的肢体还能被唤醒吗?这正是非侵入式脑机接口正在回答的问题。今年2月,国内首部《非侵入式脑机接口在神经康复临床应用中的专家共识》发布,为这项科幻色彩的技术提供了临床指引。那么,它到底能给患者带来什么?热潮之下有哪些冷思考?实践中又有哪些难题?近日,潮新闻·钱江晚报记者走访了杭州多家医院,试图呈现这项技术的实景。
他只是“想了想”
无法活动的手就动了
浙江省人民医院曾牵头成立浙江省首家脑机接口与神经调控临床研究病房,在这里,杨先生后脑处戴着便携式脑电图机,双手放在康复器具上,眼睛紧紧盯着电脑屏幕上表示“继续”的图像,片刻,他的右手在机器的带动下,上下推动。
这套非侵入式脑机接口系统像一座桥梁,让他的大脑和肢体运动之间建立起联系,让康复训练从被动变为做互动。
杨先生一直有高血压,但因为觉得自己年轻,一直没有规范用药,去年10月份,他突发脑卒中,被紧急送往医院救治,因为手术及时,保住了性命,但却留下了后遗症:下肢无法行动、右手无力抬举。
“出院后就到这里来做康复训练,现在下肢能稍稍用力,扶他起来的时候,不会瘫倒在我身上,右手偶尔也能轻微举动。”杨先生的父亲说。
杨先生使用的非侵入式脑机接口是通过视觉诱发来采集大脑皮层的意图,进而实现肢体运动,简单来说,他只需要盯着电脑屏幕上的运动指令图表,覆盖在大脑枕叶处(负责处理视觉信息)的便携式脑电图机会采集到他的脑电活动,通过信号处理和解码,随后通过康复设备进行右手的康复运动。
在脑机接口与神经调控临床研究病房中,还有另外一套非侵入式脑机接口的设备:运动想象。也就是患者头上佩戴电极帽,想象运动模式,比如屈伸手臂或者抬手拿物,电极帽捕捉到意识后在外骨骼机器人等设备配合的情况下,实现运动。
杨先生在做康复训练
从被动训练到主动
康复将更快更精准
浙江医院康复医学科训练室中,也有脑卒中患者头上戴着电脑帽,正在进行意念驱动的康复训练。
“脑卒中、意识障碍、吞咽困难、脊髓损伤等患者都可以使用非侵入式脑机接口进行康复训练。”浙江省人民医院康复医学科脊柱脊髓康复病区副主任医师程瑞动解释,人之所以能运动、言语等,遵循的简单流程是:大脑皮层发出信号,传导到脑干中的颅神经核团何脊髓的运动神经元,信号再沿着像电线一样的外周神经一路传到各个神经末梢,比如四肢、声带等。“传统康复训练有多种形式,但大脑意识都无法主动参与,基本是在康复师或者设备辅助下,让患者进行运动,通过运动反向去刺激大脑,脑机接口实现了直接捕捉患者的意识,然后配合运动,是一种正向刺激。”
在浙江省人民医院康复医学科主任叶祥明看来,脑机接口康复训练最大的优势之一是让患者的康复训练由被动变主动,训练也会更精准。
并非单独使用
《共识》强推荐一种应用场景
AI+医疗的属性、科幻照进现实的画面,非侵入式脑机接口给医生和患者都带来了无限的想象空间。但几位专家都表示,从临床来看,并非所有的患者都适用。
前段时间,由中国康复医学会脑机接口与康复专业委员会主导制定的《非侵入式脑机接口在神经康复临床应用中的专家共识》发布,明确了这项新技术的适用场景。
叶祥明作为专家组成员深度参与了《共识》的研讨与制定工作。“我们在讨论的时候最关注的是安全性和有效性。”
叶祥明表示,和侵入式脑机接口相比,非侵入式的安全性更高,接受度和应用场景也更多。“我们要厘清一个概念,脑机接口在康复中的使用绝对不是孤立的,不是说我用这一个手段就可以康复了,它需要和多种康复手段、康复技术综合使用。”
《共识》中明确了非侵入式脑机接口的应用场景:脑机接口联合机器人或电刺激用于卒中后上肢中重度运动功能障碍,这一个场景获得了“强推荐”, 其他所有场景都是“弱推荐”。
刘晓林认为这是因为大脑皮层中控制上肢运动的区域比较大,容易信号捕捉。
浙江医院康复医学科训练室,利用脑机接口做康复的患者 医院供图
叶祥明坦言,和侵入式相比,非侵入式不需要开颅,安全性有一定的保障,更多是患者获益大小的问题,但作为一种新技术,很多东西还处于探索中,所以有明确证据表明的才会被强推荐。
浙江省人民医院康复医学科特聘专家、中国康复医学会脑机接口与康复专业委员会主任委员单春雷教授担任《共识》的通信作者和牵头人。他在接受媒体采访时也表示,对于那些上肢功能严重障碍、已经有些束手无策的患者,现有证据表明,在常规康复基础上增加脑机接口联合功能性电刺激或机器人的闭环训练,可能有助于改善康复效果。在这种没有太多更佳方案的情况下,专家组认为可以“强推荐”。
反馈和解码能力有待提高
需探索制定应用规范
从临床应用来看,非侵入式脑机接口技术还有哪些需要精进之处呢?
“高龄、意识比较混乱的患者,可能很难捕捉到他的主体意识。” 刘晓林举例,比如患者头脑中出现“抓握”的意识,但与此同时,他可能还有其他杂乱的意识,这个时候脑机接口就会比较难甄别出“抓握”的意图。“这是脑电信号的采集和解码能力,当下还不够精准。”
刘晓林觉得脑机接口要提升的另外一种能力是反馈能力,他依旧以“抓握”为例,普通人接到大脑的指令后,抓握东西时,如果拿的东西太重或者太烫,都会采取避险措施,“目前脑机接口设备还无法解码这些信息并作出反馈。”
叶祥明则认为,人的记忆有很多种,有些不一定需要大脑真的去想象,就像你学会了骑车,即便多年不骑,依然会有肌肉记忆,“比如老年痴呆患者,他意识混乱了,但他还会走路,脑机接口像一个桥梁,它可以捕捉到走路时候的大脑信号,然后分离、去除杂质、放大,通过反复训练,重新反馈给大脑。”
在叶祥明看来,脑机接口采集大脑信号的能力需要更精准,除此之外,还需要解决延迟效应,“目前从患者大脑发出信号到被机器采集到信号的时间是0.2秒,还不够快。另外,当下能实现的运动轨迹太单一,主要是屈伸、旋转,还是太少。当然还有很重要的一点是,临床使用的成本要降低,不然很难普及。”
作为浙江省康复医学质量控制中心常务主任,叶祥明正在牵头做一件事,探索建立非侵入式脑机接口应用的规范和标准,比如医院、人员的资质、具体操作的技术规范等,“我们希望能通过培训、规范制定等方式,推动这项技术在临床蓬勃、有序地发展。”