让意念控制物理世界成为可能|真格精酿·脑科学圆桌派回顾
2022 年,Elon Musk 的 Neuralink 公司展示了 Monkey Playing Pong,引起了人们的广泛关注。在实验中,猴脑里的芯片记录了神经活动,帮助猴子实现控制外部光标打电子小球。该实验让意念控制外在世界,成为触手可及的事情,而脑机接口,正是实现它的核心技术。
6 月 3 日,真格基金举办了「真格精酿——脑机接口与神经调控技术」闭门交流活动,邀请到了三十余位来自学界、产业界及投资界的脑科学领域的专家们,围绕脑机接口、脑疾病治疗等话题进行了深入的交流与探讨。
真格基金长期关注包括脑科学的医疗健康领域,参与投资应脉医疗、聚禾生物等众多项目。学术界与产业界共同进步,促进脑机接口产业发展和突破,让意念控制物理世界在更大范围内成为可能,也帮助更多脑疾病患者减轻痛苦并提高生活质量。我们整理出了本次活动的嘉宾发言精选,希望能带给你一些启发,也欢迎在评论区与我们交流~
运动神经控制是天然的脑机接口
四个步骤,形成闭环
美国匹兹堡大学的研究团队展示了一个完全瘫痪的病人通过植入脑中的电极阵列,用意念不断调整机械手臂,成功将巧克力送到嘴边。瘫痪患者仅靠意念控制吃到巧克力,是一件很神奇的事情。但是整个过程非常缓慢、不流畅。健全人一两秒钟就能做到的动作,瘫痪患者依靠机械假肢,大概花费了 25 秒的时间才完成。
这是因为假肢的控制基于不断的反馈调整,并没有充分利用运动控制的基本原理。当我们想伸手拿杯水时,是不需要大脑考虑如何运动手臂的。但是这个动作对于运动控制来说则是一个巨大的挑战。目前,人工智能在感知智能或认知智能方面已经接近人类水平,但在运动智能方面还有差距。
传统脑机接口在运动执行方面仍面临诸多挑战
其次,运动计划是通过动力系统来实现的。并且,运动执行是一个多层次生成控制过程。就像飞机每次飞行的航线是在起飞前就规划好的,在空中随机应变的情况极其少见。每次运动执行也应该是根据特定的计划来完成的。而目前的脑机接口尚未达到这一点,只能根据运动的瞬间状态进行处理。
运动神经控制系统本身就是一种天然的脑机接口,研究运动控制对于脑机接口的解码和应用有着重要的意义。
我们希望未来的脑机接口能够在动态环境中进行运动规划和预测,通过脑机接口控制抓取动态目标,比如抓住飞来的球、拿取回转寿司,而不仅仅局限于静态目标的抓取。此外,脑机接口在康复方面很有潜力,例如,脑卒中患者可以通过背部运动促进身体康复,防止肌肉萎缩和退化。
深脑电刺激治疗神经疾病
深脑电刺激对帕金森病治疗效果显著
神经调控是一项基于临床需求的科学研究,我们希望研究成果可以切实地治疗神经疾病。深脑电刺激(DBS)就是一种对帕金森病(PD)患者治疗效果非常显著的神经调控方法。
人的脑部神经网络非常复杂,评判两者是否相似需要有量化指标。在若干脑区中,我们记录了每个脑区在被刺激后神经网络变化的数据,然后进行排名,被刺激后变得最像正常脑部神经网络的脑区就是优选脑区。我们的结论是,基底神经节的这些脑区,被刺激后产生的变化,是和正常的脑部神经网络最相似。
刺激基底神经节脑区对于治疗帕金森病有效果
猴子实验
我们已经做了一个实验,用反转学习的任务,测试猴子的认知灵活性,当猴子选对色块时,就会得到奖励。但这只是实验的第一步,第二步我们希望能够测试刺激哪个脑区能够干扰猴子的决策。
图像来源于北大王征实验室
分享人:华科精准(北京)医疗科技有限公司联合创始人、首席技术官 刘文博
在脑肿瘤手术中,医生希望能够在保护功能区的同时最大范围地切除肿瘤,在肉眼没有办法分辨边界的时候,导航就能起到很重要的作用。神经导航系统的目标就是,帮助医生在手术的过程中找到准确的位置。华科精准这三项产品都可以很好地辅助脑部疾病治疗。
应用结构光注册技术的手术机器人
结构光注册技术可以通过扫描,把病人实际在手术台上的位置空间转化为一个模拟的影像规划空间。
应用结构光注册技术的手术机器人
通过 3D 激光扫描,建立一两百万个重建点,这些点的重建轮廓与真实情况非常接近,精度误差仅约为 0.5 毫米。基本上现在已经可以做到全自动注册,只需要两分钟就可以完成扫描。
活检过程有了这项辅助就变得非常简单,医生自动扫描一下,定位好了之后,机械臂自动运动到穿刺的路径上,医生只需取出血肿或肿瘤标本即可。同时机器人也会辅助需要较高精度和较为复杂的手术,比如颅内植入电极监测癫痫,其植入精度非常高。目前,这种微创精准定位手术已在临床范围内广泛应用。
微型手术机器人
基层医院治疗脑出血、脑外伤,50% 的治疗方式是是微创引流,目前主要操作是医生凭自己的经验盲插,难以定位血肿中心,影响治疗效果。基层医院存在很多精准穿刺需求,但没有价格合理的工具来解决他们的问题。
为了满足基层医院的大量需求,华科精准研发了微型定位机器人,大概只有 1.4公斤重,挂在医生常用的手术架上,只需要点一个按钮,就可以自动定位穿刺角度和位置,到达血肿中心。精准引流,更彻底地治疗脑出血。
自动定位,精准引流
磁共振监测激光消融系统
无创脑神经调控技术
对于患者来说,很少有人愿意接受开颅手术或植入手术,因此我们致力于在尽量减少对患者伤害的前提下进行治疗。从无创的角度来看,我们之前已经成功开发了一个具有 24 通道脉冲源的设备,现在我们正在开发这种 8 通道图带式设备。就微创而言,我们正在开发皮下植入式设备和采刺一体化设备,以满足特定类型疾病的需求。
在治疗的应用场景中,我们的目标是降低开颅手术带来的风险,因此我们尽量采用无创的方法进行治疗。目前,我们已经成功将非侵入性方式的治疗范围延伸到了颅骨以下大约 8 厘米左右的区域。
除了电流刺激外,我们还在探索复合场(电场+磁场)干预老鼠的效果。实验结果显示,在老鼠脑区使用聚焦电磁波可以激活和表达一定效果。与高能量射频消融方法相比,使用微波进行干涉时,非热效应可以实现非永久性的脑区损伤,具有潜在优势。通过多靶点干预,我们可以对多种神经系统疾病进行精准治疗。
关键词
脑机接口
医疗
过程
神经活动
科技
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