戴上布滿電極的腦電帽,當(dāng)屏幕出現(xiàn)手部握拳的動態(tài)畫面,體驗者無需動手,只需要專注想象這個動作。與此同時,一旁的監(jiān)測設(shè)備實時跳動出清晰的腦電波曲線,精準(zhǔn)捕捉到大腦迸發(fā)的運(yùn)動意念,隨即體驗者的手掌就自然握拳了。近日,這一場景在中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所(以下簡稱:中國科學(xué)院蘇州醫(yī)工所)的實驗室上演。這項無創(chuàng)腦機(jī)接口康復(fù)技術(shù),為腦卒中患者提供了全新的康復(fù)方式。
腦卒中,俗稱“中風(fēng)”。不少患者留下了手腳僵硬、無法自主活動的后遺癥。傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練大多是“被動訓(xùn)練”,要么是機(jī)器固定電流反復(fù)刺激肢體,要么是康復(fù)師手把手輔助患者活動身體。全程都是身體在動、大腦“置身事外”。這樣即使練得再久,患者大腦受損的神經(jīng)通路得不到激活,康復(fù)效果也不理想。
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無創(chuàng)腦機(jī)接口康復(fù)技術(shù),為腦卒中患者提供了全新的康復(fù)方式
如何讓中風(fēng)康復(fù)從“被動練肢體”,升級為“主動修大腦”?中國科學(xué)院蘇州醫(yī)工所自研出運(yùn)動想象腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。
團(tuán)隊研究員徐榮介紹,這套系統(tǒng)的原理是貼合人體真實的神經(jīng)運(yùn)作邏輯,大腦產(chǎn)生運(yùn)動意圖,設(shè)備同步觸發(fā)康復(fù)訓(xùn)練,可以理解為“大腦想動,設(shè)備幫它動,動了以后再把反饋還給大腦”。患者想動但動不了,BCI-FES 就是在大腦和肢體之間搭建一座橋。當(dāng)大腦發(fā)出“我要動”的信號時,設(shè)備立即幫助肌肉產(chǎn)生動作反饋。這樣大腦會反復(fù)收到一個信息:我的指令是有效的。經(jīng)過多次訓(xùn)練,就有機(jī)會重新強(qiáng)化相關(guān)神經(jīng)通路,促進(jìn)神經(jīng)重塑和運(yùn)動功能恢復(fù)。
“腦電帽上有 64 個電極,帽子是緊緊箍住頭部的,看起來像是一個可穿戴智能設(shè)備?!眻F(tuán)隊研究員徐榮介紹道,這套系統(tǒng)主打無線便攜,腦電帽搭配紐扣大小的海綿電極,使用前將腦電帽浸泡在鹽水里以便于導(dǎo)電,5到10分鐘即可完成準(zhǔn)備。
揚(yáng)子晚報/紫牛新聞記者在體驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)注意力高度集中,專注想象動作,系統(tǒng)就會帶著手動起來;一旦分心,手就不會動。
目前,這項創(chuàng)新康復(fù)技術(shù)已在江蘇省人民醫(yī)院、蘇州科技城醫(yī)院等多家醫(yī)院開展應(yīng)用研究,走進(jìn)真實的康復(fù)場景。在臨床實操中,康復(fù)師只需為患者佩戴好腦電帽,校準(zhǔn)電極信號,根據(jù)患者年齡、耐受度,設(shè)置個性化的安全刺激電流,即可開啟標(biāo)準(zhǔn)化康復(fù)訓(xùn)練。不少患者反饋,訓(xùn)練過程沒有不適感,只有輕微酥麻感。
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布滿電極的腦電帽
相較于傳統(tǒng)康復(fù),這套技術(shù)最大的突破,就是讓康復(fù)從“憑經(jīng)驗、憑感覺”變成“可監(jiān)測、可量化、可評估”。系統(tǒng)全程記錄腦電數(shù)據(jù)、運(yùn)動意圖識別、刺激反饋等全維度信息,醫(yī)護(hù)人員可以清晰掌握患者神經(jīng)恢復(fù)進(jìn)度,精準(zhǔn)調(diào)整康復(fù)方案。
除了核心的“中風(fēng)”康復(fù)賽道外,團(tuán)隊的腦機(jī)接口技術(shù)還在拓展更多民生場景。目前團(tuán)隊已和南京中醫(yī)院合作,探索腦機(jī)調(diào)控技術(shù)改善兒童近視;同時研發(fā)專注力訓(xùn)練、壓力疏導(dǎo)、冥想輔助、學(xué)習(xí)狀態(tài)評估等功能,未來將走進(jìn)校園、家庭,服務(wù)于個人健康管理。
當(dāng)下,腦機(jī)接口技術(shù)炙手可熱,從實驗室到應(yīng)用落地需要走過一條漫長的路,這套系統(tǒng)花了7 年時間精雕細(xì)琢。揚(yáng)子晚報/紫牛新聞記者了解到,項目核心帶頭人戴亞康,中國科學(xué)院自動化所博士畢業(yè),曾先后在美國北卡羅來納大學(xué)(UNC)等知名高校完成博士后研究,早在十幾年前就開始深耕腦電成像解析、腦機(jī)接口等前沿領(lǐng)域。2012年前后,戴亞康回到中國科學(xué)院蘇州醫(yī)工所組建團(tuán)隊,多年來持續(xù)深耕不輟。團(tuán)隊2019年開始研究“中風(fēng)”腦機(jī)康復(fù)技術(shù),持續(xù)攻堅優(yōu)化。如今已成長為近50人的頂尖科研團(tuán)隊,包含3名研究員、5名副研究員、8名助理研究員,以及數(shù)十名博士后、博士、碩士,人才梯隊完善、科研實力雄厚。
團(tuán)隊研究員徐榮表示,“中風(fēng)”康復(fù)是一場持久戰(zhàn),目前技術(shù)仍在持續(xù)迭代優(yōu)化。下一步,團(tuán)隊將重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)備響應(yīng)速度,實現(xiàn)“意念同步觸發(fā)刺激”,進(jìn)一步縮小響應(yīng)間隔時間;升級AI自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)功能,實現(xiàn)無需人工調(diào)試、設(shè)備自主適配患者狀態(tài);同時持續(xù)拓展臨床合作醫(yī)院,打磨標(biāo)準(zhǔn)化康復(fù)方案,逐步向社區(qū)康復(fù)、居家康復(fù)延伸。揚(yáng)子晚報/紫牛新聞記者 徐兢 視頻:徐兢
校對 陶善工