器械研发｜非侵入式脑机接口会创造更多轮椅上的奇迹么？

医疗器械仿生学脑机接口

摩熵医药（原药融云）

2020/11/04

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作者：大米

严重残疾和随意运动功能受损可能是由影响大脑，脊髓，外周神经或肌肉功能的多种疾病导致的。患者通常会失去执行日常工具性活动（IADL）的能力，包括沟通，购物和财务管理，并且对家庭护理的需求增加。著名的物理学家霍金在23岁时，就因患肌萎缩性侧索硬化症（ALS）导致全身瘫痪。

图为史蒂夫·霍金图片来源于网络

脑机接口（BCI）有望帮助瘫痪的个人自主控制数字设备，恢复一定的IADL能力。基于使用脑电图(EEG）的近红外光谱BCI证明能实现脑信号转换，实现设备控制的目的。

研究较多的一个方向是需要钻孔开颅手术植物BCI，结果证明具有高度保真的设备控制能力，包括对机器人肢体和计算机的控制。但钻孔开颅手术要求极高，并且存在很大手术风险。

神经血管生物电子医学公司Synchron研发的Stentrode脑机接口平台装置是采用非侵入式BCI装置。Stendrode的装置直径为4毫米，无需进行侵入性手术即可通过颈部静脉植入到大脑运动区域附近的血管中，以传递局部刺激,通过电刺激与大脑说话的能力，创造了一种双向数字通信设备。

近日墨尔本大学血管仿生学实验室研究团队将关于Stentrode装置首列临床试验研究结果发表在《神经介入外科杂志》上。

Stentrode装置已成功植入两名患者，两名患者均因肌萎缩性侧索硬化症（ALS）（也称为运动神经元疾病（MND））而遭受严重瘫痪，并且均无能力上肢活动。结果发现Stentrode能够以无线方式恢复从体内的传递大脑冲动。这使患者能够成功完成日常任务，例如网上银行，购物和发短信。

图为：血管内运动神经假体系统

来源：Motor neuroprosthesis implanted with neurointerventional surgery improves capacity for activities of daily living tasks in severe paralysis: first in-human experience

演示了运动神经元疾病导致上肢弛缓性麻痹的参与者的内部和外部系统组件。该装置被植入上矢状窦内，紧邻中央前回。大脑中突出显示的黄色区域描绘了尝试肢体运动时发生的初级运动皮层的激活。传输导线从胸锁乳突肌头部之间的颈内静脉流出，经皮下穿隧，并连接到放置在锁骨下袋中的内部遥测装置（ITU）。外部遥测单元（ETU）为ITU感应供电，并通过红外光传输接收皮质电信号。信号通过信号控制单元发送到平板电脑，并通过自定义解码器转换为多次单击动作，包括缩放功能和单击命令。多个命令控件与眼动追踪相结合，以启用Windows 10的常规操作。

研究结果表明两名患者使用Stentrode来控制基于计算机的操作系统，并结合了用于光标导航的眼动仪。这意味着他们不需要鼠标或键盘。他们还进行了机器学习辅助培训，以控制多个鼠标单击操作，包括缩放和左键单击。两名患者在禁用预测文本的情况下分别获得了92％和93％的平均点击准确率，以及每分钟14和20个字符的打字速度。

墨尔本皇家医院的神经干预服务主管兼该试验的主要研究人员Peter Mitchell教授说，这项发现令人鼓舞，并证明该装置可以安全地植入患者体内并使用。

米切尔教授说：”这是第一次进行这种手术，因此我们不能保证不会出现任何问题。BCI植入过程需要在脖子上开一个小“锁眼”切口，再BCI植入大脑的运动皮层旁边的血管中。手术过程并不容易，每次手术都有所不同，具体取决于患者的解剖结构，如果手术顺利，患者只需要在医院恢复观察几天，就能离开，这也证明了手术的迅速康复。”