将脑机接口应用到神经康复

在今天举办的“第四届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛”上，深耕脑机接口领域22年的上海韶脑传感技术有限公司董事长杨帮华教授做了题为《无创脑机接口及其神经康复应用》的分享。
 
据介绍，脑机接口是在1973年产生的，到1991年的时候，就将其定义为大脑与计算机之间的通讯和控制系统。2012年的，美国学者JR  Wolpaw进一步将脑机接口定义为一个通过检测中枢神经系统活动CNS活动并将其转换为人工输出的系统，可以替代、恢复、增强、补充或改善CNS的自然输出。
 

 
历经多年的发展，根据放置在大脑里位置的不同，脑机接口技术可以分为非植入式和植入式。其中，非植入式从更广泛的意义上包括脑电、脑磁，以安全普适为优势。这在对精度要求不是很高的医疗康复领域下的应用完全可行；植入式则采集来自于大脑表面和皮层的信号。由于这种场景需要做手术实现，所以有一定的风险。
 
“不管是哪类脑机接口，都遵循三个基本原理：一是基于外部的听觉刺激，一是基于眼睛受到外部刺激，三是大脑主动的想象。在这三种模式下，大脑产生了特定模式的信号，才能用AI的方法进行解读。”杨帮华教授接着说。她指出，简单而言，脑机接口就是解决耳朵所听、眼睛所看和大脑所想。上海韶脑传感技术有限公司所做的最多就是大脑所想。只有这样的范式，才能重塑医疗康复对大脑神经的修复。
 
杨帮华教授以运动想象脑机接口应用举例说，在患者自身肢体不能动的情况下，我们可以在大脑特定区域（尤其是运动区）产生特定的能脑，然后根据能量的变化进行大脑一系列的任务。
 
自2003年以来，杨帮华教授就开始投入到运动想象脑机接口的研究，她也是我国培养第一批做脑机接口的博士。据了解，在22年的研究工作中，杨帮华教授团队聚焦运动想象脑机，从最初两类任务到现在的四个任务做了大量的编码，从控制人的左右手运动，再到控制脚和单侧肢体运动。由于不同肢体的控制不同，这些任务推进背后的复杂度也呈现指数级增长。
 
有见及此，杨帮华教授团队首先用核磁共振技术，对这四类任务进行区分性研究，然后再开发基于核磁共振给予权重的脑电分析。之后，该团队利用一些深度学习算法，以正常人的数据建立技术模型，并在这个基础上将其迁移到患者身上，使得患者在零少训练的情况下能够得到比较高的精度。
 
基于团队对运动脑机想象的编码和解码研究，杨帮华教授团队成立了以无创运动想象脑机结合神经电刺激促使运动功能为通路目的上海韶脑传感技术有限公司，并拿到了上海市脑机接口第一张医疗注册证。如她所说，脑机接口最核心之一是采集信号、解码信号，公司团队也都在上面进行了相关的研究和拿证，公司也推出了脑电帽以及被动康复训练仪等产品。
 
“通过构建了一个基于脑机接口的训练设备，使得患者看我们的屏幕2秒钟就可以识别他的意图，大大降低了患者和医生之间的沟通负担。”杨帮华教授说。