清華醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系洪波課題組微創(chuàng)腦機接口臨床研究取得進展
清華新聞網5月6日電 清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系洪波副教授課題組在微創(chuàng)腦機接口和大腦皮層功能定位方面的研究論文近日分別發(fā)表于國際權威期刊《神經影像》（NeuroImage）和《神經外科雜志》 （Journal of Neurosurgery），首次提出并實現(xiàn)了基于大腦皮層表面神經信號的微創(chuàng)腦機接口和神經外科手術前的大腦皮層功能快速定位。這兩項研究的臨床合作單位是解放軍總醫(yī)院和清華大學玉泉醫(yī)院神經外科。
像物理學家霍金這樣的神經漸凍癥病人，或者是脊髓損傷導致高位截癱的殘疾人，因為外周神經和肌肉組織喪失功能，與外界的溝通非常困難。但這些病人的大腦功能通常是正常的，他們最大的愿望莫過于自由表達自己的思想，并與外界交流。近年來發(fā)展起來的腦機接口技術就是借助計算機解讀人腦的信號，讓病人能夠操縱家電或者假肢，甚至是用思維打字。這項技術已經在實驗室里展示出可行性和應用前景，但在臨床應用時碰到了難題。如果采用無創(chuàng)傷的頭皮腦電技術，信號質量差，無法長期穩(wěn)定工作；如果采用微電極植入技術，手術創(chuàng)傷大，長期植入后由于神經膠質細胞的包裹，神經信號會減弱，導致腦機交互失效。醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系洪波課題組和清華大學玉泉醫(yī)院、解放軍總醫(yī)院神經外科合作，利用癲癇病人植入顱內電極定位病灶的手術間期，研究實現(xiàn)了一種新型的微創(chuàng)腦機接口。結合功能磁共振定位信息，該項研究只獲取大腦皮層表面一個電極的神經信號，實現(xiàn)了思維打字的功能。該方法與已有腦機接口技術相比，手術創(chuàng)傷小，神經信號長期穩(wěn)定。該項研究5月1日發(fā)表于神經影像學的權威期刊《神經影像》(NeuroImage)。
在病人眼前呈現(xiàn)的是一個隱藏著運動條紋的虛擬鍵盤，病人通過自己的視覺注意來選擇想要輸入的字符，被注意的字符會引起更強的神經活動。該項研究發(fā)現(xiàn)這種增強的神經活動主要表現(xiàn)為60赫茲以上的高頻振蕩，空間上集中于中顳葉一個很小的腦區(qū)，檢測這一區(qū)域高頻神經信號的能量變化就可以確定病人要輸入的字符。功能磁共振掃描發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域與處理視覺運動的腦區(qū)非常吻合。因為實驗采用了巧妙的視覺運動設計，使得神經響應高度集中，可以通過功能磁共振精確定位。這項研究首次實現(xiàn)了通過神經影像精確定位的微創(chuàng)腦機接口技術，在國際上引起關注。
這項研究還展示了利用腦內大腦皮層表面的高頻神經信號研究腦功能網絡的獨特優(yōu)勢：直接而精準地觀測毫秒級的快速神經活動，與功能磁共振技術結合，可以為大腦皮層功能研究提供高時間分辨率和空間解析度的動態(tài)圖像，是研究語言、注意、記憶等高級認知活動的有力工具。采用同樣的技術，該組在一項臨床轉化研究中也取得了重要進展。通過對顱內高頻腦電的采集和分析，可以在五分鐘內完成對癲癇、腦瘤病人的關鍵腦功能區(qū)精確定位，為手術規(guī)劃提供依據(jù)，避免運動、語言等關鍵功能區(qū)在手術中受到損傷，從而提高病人術后的生存質量。該項成果近期在線發(fā)表于美國神經外科學會的權威期刊《神經外科雜志》（Journal of Neurosurgery），并配發(fā)了哈佛大學麻省總院神經外科同行的編輯評論。以上兩項研究的磁共振影像數(shù)據(jù)采集得到了清華大學生物醫(yī)學影像研究中心的支持，該中心是生物醫(yī)學工程學科所屬的開放研究平臺。
供稿：醫(yī)學院 編輯：冰 冰
