唐洲平團(tuán)隊(duì)以腦機(jī)接口打通“中斷的腦回路” 癱瘓者“意念成真” 右手抬高15度

唐洲平（左一）與團(tuán)隊(duì)成員討論交流腦機(jī)接口帽大腦信號(hào)數(shù)據(jù)采集。 （同濟(jì)醫(yī)院供圖）

湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 龍華

通訊員 田娟 鄧國歡

“就像突然找回了失聯(lián)的神經(jīng)信號(hào)，雖然動(dòng)作幅度只有15度，但我第一次真切感受到身體和大腦重建了連接?！?月19日，戴上腦機(jī)接口帽的熊先生感嘆“意念成真”。

一年前，熊先生突發(fā)腦出血，雖及時(shí)手術(shù)撿回了性命，但上肢癱瘓一直無法康復(fù)。他抱著一線希望來到同濟(jì)醫(yī)院，嘗試采用腦機(jī)接口技術(shù)找回自己的“手”?？吹叫芟壬芯裣胂蟆疤帧眲?dòng)作，原本無法抬起的右手真的緩緩抬起，同濟(jì)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師唐洲平百感交集：“這么多年的努力，值！”

“運(yùn)用腦機(jī)接口技術(shù)改善腦神經(jīng)功能受損患者的康復(fù)”，從一個(gè)大膽的設(shè)想到成為現(xiàn)實(shí)，唐洲平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走了6年。

臨床痛點(diǎn)讓研發(fā)靈感乍現(xiàn)

作為一名從醫(yī)30年的神經(jīng)醫(yī)學(xué)專業(yè)醫(yī)生，幾組數(shù)據(jù)讓唐洲平刻骨銘心：腦部疾病僅占人類已知2萬種疾病的1.5%，卻造成了23%的疾病總負(fù)擔(dān)；在中國每分鐘都會(huì)出現(xiàn)一位新的腦出血患者，每年有約80萬人深受其害。偏癱是腦出血患者的主要后遺癥之一，電療、運(yùn)動(dòng)、理療、針灸等傳統(tǒng)康復(fù)手段，都依賴于患者自身的肢體活動(dòng)能力，患者大腦的參與度不高，是一種被動(dòng)訓(xùn)練，康復(fù)效果有限。

“能不能找到一種新的技術(shù)，讓腦出血患者的大腦也充分參與到康復(fù)過程中，變被動(dòng)為主動(dòng)？”6年前，這個(gè)念頭一直縈繞在唐洲平腦海。

恰在此時(shí)，唐洲平受邀參加一次活動(dòng)，現(xiàn)場展示的一款腦機(jī)接口產(chǎn)品令他印象深刻：一只機(jī)器手在人的“意念”控制下，自如抓握物品。這個(gè)畫面，在他的心里激起不小波瀾。

“因?yàn)榇竽X與肢體之間的傳導(dǎo)通路‘?dāng)唷?，很多腦出血患者肢體無法聽從大腦的指揮。運(yùn)用腦機(jī)接口技術(shù)，研發(fā)一款設(shè)備，在大腦與外界之間架起一條‘信息高速公路’，連接起‘中斷的腦回路’！”一個(gè)全新的思路，猶如一道電光，閃進(jìn)他的腦海。

但原創(chuàng)性研發(fā)，是暗夜中的摸索前行。

“腦機(jī)接口”概念，1973年由美國計(jì)算機(jī)教授雅克·維達(dá)爾首次提出。這種變革性的人機(jī)交互技術(shù)，能在大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建連接，實(shí)現(xiàn)“腦”與“機(jī)”的直接信息交換。然而，怎么實(shí)現(xiàn)與醫(yī)學(xué)的融合，沒有任何經(jīng)驗(yàn)可循。

在醫(yī)學(xué)“無人區(qū)”艱難跋涉

唐洲平和團(tuán)隊(duì)成員一道，“瘋狂”地翻閱國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，希望尋求理論支撐。但遍尋國際尖端醫(yī)學(xué)書籍和文獻(xiàn)，相關(guān)前沿研究少之又少。

他們是在醫(yī)學(xué)“無人區(qū)”艱難跋涉。

在綜合考慮后，團(tuán)隊(duì)選擇非侵入式多模態(tài)腦機(jī)接口神經(jīng)信號(hào)采集器作為研發(fā)方向。這屬于無創(chuàng)操作，結(jié)合我國國情和人群接受度，有望更快應(yīng)用于臨床。

探尋—碰壁—再探尋—再碰壁，兩年時(shí)間里，唐洲平的科研一直在焦灼狀態(tài)中行進(jìn)。

艱辛和痛苦超出預(yù)料：不舍晝夜，從五花八門的技術(shù)路徑中“抽絲剝繭”，尋找采集大腦信息的最優(yōu)技術(shù)方式；設(shè)備缺乏，購買一款重要進(jìn)口儀器時(shí)遭遇外方“卡脖子”，只能迂回購進(jìn)；實(shí)驗(yàn)室里燈火徹夜不息，耗時(shí)兩個(gè)月完成腦電記錄與近紅外腦功能成像融合。

“放棄的念頭不是沒有。”最難熬的那段日子，唐洲平記憶猶新。此時(shí)，一名患者家屬問他，老人偏癱臥床5年，能試的康復(fù)手段都用了，還有辦法嗎？問話叩擊到他心靈最柔軟處。

唐洲平說：“與重癥病人眼神交匯是最酸楚的觸碰，那里有患者回歸社會(huì)的熱望，激勵(lì)我迎難而上，堅(jiān)持走下去！”

終于，光亮被一點(diǎn)點(diǎn)洞開。2023年12月，唐洲平團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多模態(tài)大腦神經(jīng)信號(hào)采集器樣品問世，因?yàn)樾螒B(tài)像帽子，大家為它取名“腦機(jī)接口帽”。它擁有兩套信號(hào)采集系統(tǒng)，一套為電信號(hào)，32通道，覆蓋頭部主要區(qū)域，記錄神經(jīng)元的電活動(dòng)；另一套是近紅外信號(hào)采集系統(tǒng)，90通道，可以穿透頭皮和顱骨，測量腦血流中的氧合血紅蛋白，間接反映神經(jīng)活動(dòng)。兩種信號(hào)結(jié)合，可以解決普通腦電帽采集信號(hào)來源單一、定位不準(zhǔn)的弊端。

2024年1月，一個(gè)寂靜的夜晚，唐洲平默默地拿起腦機(jī)接口帽戴在頭上，他要親身驗(yàn)證它的效果。

這頂布滿探測頭的特制帽子，相當(dāng)于給大腦裝上了一個(gè)“思維翻譯機(jī)”。試驗(yàn)中，唐洲平在大腦中想象右手“拿杯子”，左腦相應(yīng)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，腦機(jī)接口帽捕捉到電信號(hào)后，進(jìn)行“翻譯”，然后再放大，轉(zhuǎn)化為可視化的反饋顯示在電腦屏幕上，形成“意圖—執(zhí)行—感知”的閉環(huán)。

“漫長的3天”后，一個(gè)令全體團(tuán)隊(duì)成員欣喜若狂的結(jié)果出爐了：腦機(jī)接口帽成功翻譯感知“意念”！

其后，經(jīng)過上百回挑燈夜戰(zhàn)、數(shù)萬次試驗(yàn)演算、反復(fù)在不同人群中進(jìn)行驗(yàn)證，最終證實(shí)，多模態(tài)腦機(jī)接口帽能準(zhǔn)確采集識(shí)別人腦信號(hào)。

在“生命至上”答卷上

破解患者最迫切的難題

“腦機(jī)接口的臨床應(yīng)用，承載的是生命至上、尊重科學(xué)的精神?！疅o人區(qū)’里，白衣使者不應(yīng)缺席?！碧浦奁秸f。

今年4月，同濟(jì)醫(yī)院成為全國首批將腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用于腦出血上肢功能康復(fù)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)之一。唐洲平團(tuán)隊(duì)基于多模態(tài)腦機(jī)接口帽研發(fā)，申報(bào)的“一項(xiàng)基于運(yùn)動(dòng)想象的多模態(tài)腦機(jī)接口康復(fù)研究項(xiàng)目”通過醫(yī)學(xué)倫理審查，并在中國臨床試驗(yàn)注冊(cè)中心備案，進(jìn)入規(guī)?；R床試驗(yàn)階段。6月5日，華中地區(qū)首個(gè)腦機(jī)接口門診和研究型病房在同濟(jì)醫(yī)院啟用。

從實(shí)驗(yàn)室到臨床，腦機(jī)接口不同技術(shù)路線的醫(yī)學(xué)研究正在該院并行探索。

胃腸外科胡俊波教授、王桂華教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出聚焦超聲非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備，完成全球首創(chuàng)基于腦機(jī)接口的慢性便秘治療；康復(fù)科黃曉琳教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華中科技大學(xué)熊蔡華教授團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)腦卒中智能外骨骼康復(fù)機(jī)器人，提出基于大腦指揮下的人眼運(yùn)動(dòng)信息的腦機(jī)接口技術(shù)，顯著提升患者運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知功能；神經(jīng)外科舒凱教授團(tuán)隊(duì)即將開展華中地區(qū)首例半侵入式腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)手術(shù)，改善脊髓損傷患者運(yùn)動(dòng)功能。

從3月31日發(fā)布全國首個(gè)腦機(jī)接口醫(yī)療服務(wù)價(jià)格，到設(shè)立華中首個(gè)腦機(jī)接口門診，這項(xiàng)長期處于科研和實(shí)驗(yàn)室語境中的技術(shù)已在湖北加速從“科幻世界”走入現(xiàn)實(shí)。

“醫(yī)學(xué)科研轉(zhuǎn)化要面向世界科技前沿、面向人民生命健康。通過多年探索，腦機(jī)接口技術(shù)目前已進(jìn)入臨床階段。同濟(jì)醫(yī)院將通過研究型病房、臨床門診、臨床試驗(yàn)、院企實(shí)驗(yàn)室、成果轉(zhuǎn)化、學(xué)術(shù)期刊六大板塊聯(lián)動(dòng)，縮短從實(shí)驗(yàn)室到病床的距離，讓更多患者享受到高科技的醫(yī)療服務(wù)?！碧浦奁秸f，作為一名醫(yī)生，目標(biāo)不是追求“科幻級(jí)”應(yīng)用，而是在“生命至上”的答卷上，破解患者最迫切的生存質(zhì)量難題。