脑机结合再迈进，美批准机械手臂用于中风康复

有生之年化身战斗天使阿丽塔吗？

撰文 | 燕小六

当地时间4月23日，美国食品和药物管理局（FDA）批准一种新型脑机接口系统IpsiHand上市。它将用于18岁及以上中风患者的临床康复治疗，以助其恢复上肢功能。

图片来源于NeuroLutions

脑机接口（brain-computer interface，BCI）是连接大脑与计算机之间的信息系统，一项科幻感十足的产品。一般分为无创型（非植入型）和植入型。

本次获批的IpsiHand系统从使用方法上来讲，属于非植入型。据其研发公司NeuroLutions发布的资料，这只“机械臂”的性能如赛博朋克运动之父、科幻作家威廉·吉布森小说《冬季市场》所述：小说主角患有先天性残疾，只能依靠脑机接口，控制外骨骼活动。

FDA设备和放射健康中心神经和物理医疗器械办公室代理主任克里斯托弗· M ·洛夫图斯（Christopher M . Loftus）表示，每年有数千名中风幸存者需要站起来、动起来。IpsiHand系统上市，将为其提供居家康复的治疗选择。

脑机接口示意图/网络

中风康复：

训练未受伤的大脑控制肢体

中风发生后，约75%幸存者将遗留不同程度的肢体残疾，包括肩-手综合征、吞咽困难等。我国疾病预防控制中心援引第2次全国残疾人抽样调查结果表明，中风引起的肢体残疾列全部肢体残疾首位。

为恢复运动能力，大脑需要漫长的康复训练，重新学习支配和控制肢体。但所付心血和最终效果总不尽如人意。

IpsiHand系统的研发机构、美国圣路易斯华盛顿大学研究人员认为，这是因为康复和功能训练“没选对脑子”。

该校工程与应用科学学院生物医学工程教授Eric Leuthardt指出，过往认为，控制运动的大脑区域与肢体刚好相反。简单说，就是左侧大脑控制右侧身体，反之亦然。“但我们发现，同侧大脑中的小块区域在动作规划中，发挥重要作用。当我们移动左手时，特殊的电信号会首先出现在大脑左侧区域，几毫秒内，大脑右侧运动区域才开始活跃，运动意图转化为手部肌肉的实际收缩。”

“我们要做的，是让大脑产生新的连接，训练大脑未受伤的部分，去接管受伤部分的功能。”Eric Leuthardt说。

IPSIHAND系统包括头部感应装置和机械手臂/NeuroLutions

训练12周，“幸存者能自己穿裤子了”

2007年，Eric Leuthardt与同校教授Daniel Moran合作，创立Neurolutions公司，开发IpsiHand系统。很快，公司获得215万美元投资。

按照设计，该系统主要有两部分：一个脑电图（EEG）帽子，和一个帮助控制手臂的机械外骨骼装置。

EEG帽上有许多电极，能读取和识别使用者的脑电波，包括何时试图移动、控制手臂。然后，EEG帽将这些信号翻译并发送至机械外骨骼装置。外骨骼收到指令，会帮助肢体按照大脑意图进行动作，实现伸展、握紧、抓取和移动等功能。

2017年，《中风》杂志发表IpsiHand系统的康复研究结果。文中写道，研究人员招募13名中度到重度中风6个月以上的幸存者，训练其在家使用IpsiHand系统，进行复健。受试者每周至少训练5天，每天10分钟至2小时。每两周，受试者需接受1次功能评估。结果显示，使用系统12周后，受试者患肢运动能力平均增加6.2分，达到57分。

“对于一些中风幸存者来说，增加6分，意味着他们可以不假他人之手，自己穿裤子了。”Eric Leuthardt称。

FDA数据显示，此次批准IpsiHand系统上市，是基于40名患者的安全性、有效性研究。所有受试者经IpsiHand系统康复后，肢体运动功能都有明显改善。研究报告的不良事件包括轻微疲劳，不适及暂时性皮肤红肿。但要注意的是，若患者手腕和/或手指出现严重痉挛或僵硬挛缩，使机械外骨骼无法适当安装或定位，或患者曾接受开颅手术、存在颅骨缺损，则不适合使用这一系统。

图片来源于Stroke

脑机接口的前景？

在IpsiHand系统之前，脑机接口已有不少“落地案例”。

2011年时，就有受试者在植入型脑机接口的帮助下，用机械手给自己喂饭。

图片来源于网络

2014年的巴西世界杯开幕式上，28岁的高位截瘫青年朱利亚诺·平托（Juliano Pinto）身穿脑机接口“机械战甲”，为当届世界杯开球。电视转播解说员高呼：“平托行走的一小步，脑机接口发展的一大步。”

2020年初，我国完成首例植入型脑机接口的临床研究，病人进行4个月的康复训练后，实现用意念控制机械臂进食、喝水和日常娱乐等行为。

图片来源于网络

就在今年4月初，埃隆·马斯克（Elon Musk）旗下的神经科学公司Neuralink发布一段视频，详细展示研究团队在脑机接口研究方面的重大突破：猕猴“帕格”（Pager）脑内植入Neuralink芯片；帕格能在没有游戏操纵杆的情况下，仅用意念方式控制电脑，玩一款对战式兵乓球游戏。

猕猴“帕格”（Pager）/YouTube

有分析称，Neuralink设备此次的“革新”在于脑手术的技术突破，而非脑机接口。因为这一“唬人”的高科技，在2006年已有“人类体验版”。彼时，知名科学期刊《自然》杂志在线发文称在脊髓损伤患者马修·纳格（Matthew Nagle）脑内植入脑机接口，仅用4天培训，最终以移动机械臂开合方式，玩转电子游戏“打乒乓球”。他还能利用意识遥控电视机音量和频道等。

据市场研究机构Valuates Reports的报告，2019年全球脑机接口市场规模估计为13.6亿美元，预计到2027年将达到38.5亿美元，年均复合增长为13%。

但从现实层面看，作为一门极具专业性的学科，脑机接口的发展仍面临技术、政策、伦理等多方面挑战。

以技术和伦理为例，侵入式脑机接口需要将芯片植入大脑，以更准确地采集脑电信息。这涉及到“开颅”操作，存在巨大风险。 若采用相对温和的无创式技术，又面临“信息失真”等问题。以现有导电材料和传感器性能，脑电信号仍无法精准拦截。此外，许多脑部疾病的致病机制尚在研究当中，这些问题没有研究明白，脑机接口就难有成熟应用。

曾有研究者设想，或到2030年，无创型脑机接口技术发展成熟，瘫痪者可以直接用大脑控制轮椅，外骨骼系统也开始上市。到2050年，植入型脑机接口风险大大降低，健康人也愿意使用。2070年，可用植入芯片来提高人的智能，大脑能直接提取芯片里的知识......

而另一个脑机接口的前景，也许就在威廉·吉布森的《冬季市场》中：使用机械手臂的主角为摆脱羸弱的肉体，将意识转译成计算机程序，最终，获得永生……

这会否成为“有生之年”系列？拭目以待。

资料来源：

1.FDA Authorizes Marketing of Device to Facilitate Muscle Rehabilitation in Stroke Patients. U.S. Food and Drug Administration

2.FDA OKs Brain-Computer Interface Device for Stroke Rehab. Medpage Today

3.Contralesional Brain-Computer Interface Control of a Powered Exoskeleton for Motor Recovery in Chronic Stroke Survivors. Stroke. 2017 Jul;48(7):1908-1915. doi:10.1161/STROKEAHA.116.016304.

4.巨头涌入，资本押注，脑机接口的风能吹起来吗？. 连线Insight

5.插口人生：脑机时代已来？. 钛媒体

来源：医学界

原标题：《脑机结合再迈进！美批准机械手臂用于中风康复》

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