清華醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系洪波課題組微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床研究取得進(jìn)展
清華新聞網(wǎng)5月6日電 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系洪波副教授課題組在微創(chuàng)腦機(jī)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(quán)威期刊《神經(jīng)影像》（NeuroImage）和《神經(jīng)外科雜志》 （Journal of Neurosurgery）,，首次提出并實(shí)現(xiàn)了基于大腦皮層表面神經(jīng)信號的微創(chuàng)腦機(jī)接口和神經(jīng)外科手術(shù)前的大腦皮層功能快速定位,。這兩項(xiàng)研究的臨床合作單位是解放軍總醫(yī)院和清華大學(xué)玉泉醫(yī)院神經(jīng)外科,。
像物理學(xué)家霍金這樣的神經(jīng)漸凍癥病人,，或者是脊髓損傷導(dǎo)致高位截癱的殘疾人,，因?yàn)橥庵苌窠?jīng)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(dá)自己的思想,，并與外界交流,。近年來發(fā)展起來的腦機(jī)接口技術(shù)就是借助計(jì)算機(jī)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(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里展示出可行性和應(yīng)用前景，但在臨床應(yīng)用時碰到了難題,。如果采用無創(chuàng)傷的頭皮腦電技術(shù),，信號質(zhì)量差，無法長期穩(wěn)定工作,；如果采用微電極植入技術(shù),，手術(shù)創(chuàng)傷大,，長期植入后由于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的包裹，神經(jīng)信號會減弱,，導(dǎo)致腦機(jī)交互失效,。醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系洪波課題組和清華大學(xué)玉泉醫(yī)院、解放軍總醫(yī)院神經(jīng)外科合作,，利用癲癇病人植入顱內(nèi)電極定位病灶的手術(shù)間期,，研究實(shí)現(xiàn)了一種新型的微創(chuàng)腦機(jī)接口。結(jié)合功能磁共振定位信息,，該項(xiàng)研究只獲取大腦皮層表面一個電極的神經(jīng)信號,，實(shí)現(xiàn)了思維打字的功能。該方法與已有腦機(jī)接口技術(shù)相比,，手術(shù)創(chuàng)傷小,，神經(jīng)信號長期穩(wěn)定。該項(xiàng)研究5月1日發(fā)表于神經(jīng)影像學(xué)的權(quán)威期刊《神經(jīng)影像》(NeuroImage),。
在病人眼前呈現(xiàn)的是一個隱藏著運(yùn)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(qiáng)的神經(jīng)活動,。該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)這種增強(qiáng)的神經(jīng)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(jīng)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(yùn)動的腦區(qū)非常吻合。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)采用了巧妙的視覺運(yùn)動設(shè)計(jì),，使得神經(jīng)響應(yīng)高度集中,，可以通過功能磁共振精確定位。這項(xiàng)研究首次實(shí)現(xiàn)了通過神經(jīng)影像精確定位的微創(chuàng)腦機(jī)接口技術(shù),，在國際上引起關(guān)注,。
這項(xiàng)研究還展示了利用腦內(nèi)大腦皮層表面的高頻神經(jīng)信號研究腦功能網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特優(yōu)勢：直接而精準(zhǔn)地觀測毫秒級的快速神經(jīng)活動，與功能磁共振技術(shù)結(jié)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(rèn)知活動的有力工具,。采用同樣的技術(shù)，該組在一項(xiàng)臨床轉(zhuǎn)化研究中也取得了重要進(jìn)展,。通過對顱內(nèi)高頻腦電的采集和分析,，可以在五分鐘內(nèi)完成對癲癇、腦瘤病人的關(guān)鍵腦功能區(qū)精確定位,，為手術(shù)規(guī)劃提供依據(jù),，避免運(yùn)動,、語言等關(guān)鍵功能區(qū)在手術(shù)中受到損傷，從而提高病人術(shù)后的生存質(zhì)量,。該項(xiàng)成果近期在線發(fā)表于美國神經(jīng)外科學(xué)會的權(quán)威期刊《神經(jīng)外科雜志》（Journal of Neurosurgery）,，并配發(fā)了哈佛大學(xué)麻省總院神經(jīng)外科同行的編輯評論。以上兩項(xiàng)研究的磁共振影像數(shù)據(jù)采集得到了清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)影像研究中心的支持,，該中心是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科所屬的開放研究平臺,。
供稿：醫(yī)學(xué)院 編輯：冰 冰
