用意念“操控”肢體？青年團隊用腦機接口技術助患者康復

中青報·中青網見習記者韓飏記者李桂杰
多年前，天津市人民醫院迎來了腦卒中神經康復機器人項目的第一位患者——64歲的退休教師時阿姨。
彼時，深受腦卒中困擾的時阿姨握筆都成了難事。 “母親一輩子站在講臺上教書育人，如今退了休連筆都握不了，她無法接受，每天情緒低落得很。 ”天津大學助理研究員、博士后張浩至今記得時阿姨子女的這番話， “我自己也感同身受。 ”他說。
在前不久山東煙臺舉辦的第二屆博士后創新創業大賽上，張浩帶著“基于腦電采集、處理與分析的神經卒中康復機器人”項目參加了揭榜領題賽道。
張浩是該項目的負責人。他帶領的團隊以臨床卒中康復需求為導向，設計開發人工神經康復機器人系統，將患者的大腦神經電生理信號轉化為信息接口，通過腦電特征提取算法，解碼卒中患者的運動意圖，實現患者神經可塑性康復與周圍神經肌肉運動的耦合協同，進一步對患者病情進行評估預測，最終反饋優化治療方案。目前，該成果已在多家三甲醫院開展臨床研究。
張浩所在天津大學神經工程團隊開發的人工神經機器人系統。圖為中風偏癱患者在“神經康復機器人”幫助下可以“所思即所動” 。受訪者供圖
“舉起右手”“動動手指”“向前挪一小步”……在天津市人民醫院康復科， 63歲的腦卒中患者王寶占（化名）頭戴腦電帽，嘗試用意念“操控”四肢，略顯遲鈍。
張浩告訴中青報·中青網記者：“卒中所造成的肢體功能障礙嚴重影響患者的生活質量，給個人、家庭以及社會造成了巨大的負擔” 。據國家衛健委統計數據，我國卒中患病總人數超過2800萬，約60%到70%的患者伴有不同程度的肢體功能障礙。
在他看來，近年來，以運動想象腦機接口技術為基礎發展而來的神經康復機器人系統可實現大腦與肌骨控制設備的直接交互，誘導神經網絡連接的重組、修復與增強，對運動功能的重建與康復具有積極意義。然而，高性能人機交互所面臨的神經系統層面交互信息復雜難題，使得現有神經康復機器人系統難以對神經信息高效解碼并準確評估康復進程。
張浩團隊開發的腦卒中神經康復機器人，是運用腦機接口技術，通過放置在頭皮上的腦電帽檢測大腦發出的實時信號，實現了腦-機-肌協同交互，反復訓練強化大腦至肌群的興奮傳導通路，有效促進大腦神經功能重塑，最終幫助患者運動功能的恢復。
腦卒中神經康復機器人項目核心骨干成員、天津大學博士后張磊說，相比于針灸、按摩、理療等單一聚焦肢體訓練的傳統治療方式，腦卒中神經康復機器人可以同時訓練大腦和肢體，助力神經可塑性的康復，大大縮減治療時間。
基于這種訓練模式，時阿姨經過5個月的訓練，可以工整地書寫姓名。如今，幾年過去了，時阿姨早已“擺脫”了康復機器人，獨立生活。張磊說，對于輕度腦卒中患者， 3個月即可恢復基本生活，之后再進行定期復檢即可。
張浩介紹，目前腦卒中神經康復機器人仍有亟須解決的難題。針對腦卒中患者的治療，國外是以侵入式手段為主， “就是通過開顱手術將電極植入顱內，插到大腦皮層或是直接升到神經元，這樣得到的信號質量非常高，也就是說它的指令會更加準確” 。國內目前主要是以非侵入式為主， “不需要開顱，不需要做侵入式的創傷手術，只需佩戴腦電帽即可” 。