高位截癱者獲新生：參與臨床研究，為生活打開另一種可能性

借助設備倚靠在床頭，癱瘓多年的張先生通過意念在腦海中寫字，一條條被腦機接口設備捕獲的腦電波在計算機屏幕上不斷跳動，最終幻化成一道道明確的指令，操控機械臂在旁邊的白板上寫下了「浙江大學腦機接口」八個字。望著白板上清晰的字跡，年逾70歲的張先生顯得有些激動，緊閉許久的雙唇向上彎起一道弧線，他笑了。

多年前因為一次車禍，張先生的頸椎脊髓受到嚴重損傷，造成高位截癱。腦子尚能思考，但四肢已無知覺，這對張先生而言無疑是一場災難。與浙江大學醫學院附屬第二醫院神經外科團隊交流後，張先生成為了侵入式腦機接口的臨床試驗者。「我不想把餘下的生命都浪費在床上，參與臨床研究，說不定可以為生活打開另一種可能性。」

●文/圖:香港文匯報記者俞晝 杭州報道

在研究病房裏，張先生與團隊默契配合，逐步實現從操控機械臂揮手，到拿起杯子喝水、吃油條……五年來，張先生已經習慣了機械臂的存在，經過系統訓練，成功實現了用意念操控機械臂書寫漢字的突破。

近年來，伴隨著人工智能、神經生物學、傳感器等技術水平的不斷提升，「腦機接口」這項聽起來很科幻的技術，正逐步走進人們的生活。

「人的思維，包括動作的控制和對外界的識別，歸根到底都是由人腦中的神經細胞所發出的電信號所決定的。」朱君明是浙江大學醫學院附屬第二醫院神經外科副主任，也是中國最早從事侵入式腦機接口應用的研究者之一。早在2006年，他所屬的浙江大學研究團隊便進行了通過電極植入大鼠腦部的動物導航系統，讓大鼠按照指令走迷宮的實驗。

從動物到人類 破解技術難度

嚙齒類動物試驗成功後，研究團隊很快又開啟了靈長類動物也就是在猴子身上的試驗。在接下來的很長一段時間裏，浙江大學用猴做試驗的腦部植入手術幾乎都是他來操作的，因此他也積累了更多的經驗。通過不斷調試，2012年，浙江大學團隊成功在猴子腦中植入微電極陣列，使牠能通過自身意念直接控制外部機械手臂完成勾、抓、捏、握等不同手勢。

從動物大腦，到人類大腦，這項技術到底難在哪？「人類的大腦皮層神經元共有六層，為了達到最佳效果，需要將4毫米×4毫米大小的微電極陣列不深不淺地『安放』在第四層與第五層之間——太淺達不到效果，太深則會損傷其他神經。」朱君明一邊用手比劃，一邊向香港文匯報記者解釋道，「最終我們利用步進為0.1毫米的手術機器人，成功將電極植入誤差控制在0.5毫米以內。」

從雜亂數據中 尋找穩定波形

意念寫字的原理，不難理解：在腦海中寫不同的字，腦電波各不相同，但是每個字對應的腦電波相對穩定，研究團隊要做的便是從無數雜亂無章的數據中尋找相對穩定的波形，再解碼成字操控機械臂書寫。據了解，此前已有國外研究團隊實現了英文字母的腦電波解碼，但是漢字與英文字母相比，難度要大得多。

「漢字的書寫在偏旁、部首、筆順等方面有很多講究，甚至筆畫長一些或短一些（長橫或短橫），就有可能完全是兩個字。」朱君明坦言，一開始，研究團隊嘗試借鑒國外已有的幾套線性算法，效果都不太好。「在張先生的配合下，我們花了近兩年的時間對他用意念寫字時釋放的腦電波進行解碼，自主研發了一套解決方案。」

透過解碼模型 捕捉書寫軌跡

在這套方案中，研究團隊從解碼筆畫升級到了解碼偏旁部首。「我們發現張先生在『書寫』不同的偏旁部首時，他的神經元會產生不同的波動，這種波動的改變非常細微，但若通過不斷的測試，依然可以找到一定的規律。」朱君明進一步解釋道，用意念書寫每一個偏旁部首時，會有不同的神經元組合參與進來，進而產生不一樣的腦信號模式。

最終，研究團隊通過動態解碼模型，實時捕捉張先生的腦神經活動，解析他想像的書寫軌跡，成功實現了用意念操控機械臂書寫漢字的突破。「目前，該方案在離線狀態下100個常用漢字的分辨正確率達到91.3%，若有AI模型的輔助，正確率可提高至96.2%。」