丁莉莎 王浩冲
戴上VR眼镜后,一个虚拟人物在屏幕上向前方走动,这样的运动场景会刺激患者的运动感知神经,从而诱发瘫痪患者产生跟随走动的意念,帮助患者重新站立起来。这不是科幻,这种脑控技术将在现实中得到应用
当前,世界主要科技强国均启动了目标宏大的“脑计划”。脑机接口技术(Brain Computer Interface,BCI),作为脑科学行业的前沿技术,潜力无限。
王浩冲西安交通大学2019届机械工程学院医工交叉研究所硕士,西安臻泰智能科技有限公司创始人兼CEO
脑机接口技术指的是在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接,实现脑与设备的信息交换,即用意念控制机器。这好比在大脑与机器之间通过协议修建了一条“公路”,路上往来的“汽车”便是信号,通过反馈、调节等机制,让仪器对脑电波进行捕捉、识别,传导并指挥配套机械开始脑控运行。
近年来,脑机接口产业界取得了多项突破,行业逐渐升温,在医疗、教育、军事、娱乐等各个领域都有应用潜力。不过脑机接口技术在教育、娱乐等非医疗领域的应用,尚处于探索阶段,大都以简易脑电设备为主。
医疗康复领域则不同,王浩冲说:“该技术有助于神经性疾病患者的康复,将传统的被动器械康复变为主动意念康复,有效提升康复治疗效果。”这就是臻泰智能团队选择医疗康复领域作为落脚点的原因。
读硕士时,王浩冲所在课题组的研究方向是脑机接口技术及康复机器人应用,为了将技术成果更好地面向渐冻症等神经性疾病患者应用,王浩冲和同学们一起创立了“睿眼随心”创业团队。
“睿眼随心”即用眼睛表达心意,团队所研究的脑电辅助交互系统致力于帮助渐冻症患者与外界保持良好沟通,缓解患者由于身体逐渐僵硬所产生的恐惧,帮助他们“心灵解冻”。依托研究所技术积累,团队针对渐冻症患者实际的生活需求,从行动、沟通、休闲三个方面开发了三大功能。通过稳态运动视觉诱发脑机接口技术,准确高效地实现脑控轮椅、脑控拼字、脑控鼠标等功能,改善渐冻症患者的生活现状。
在西京医院康复科,有一位20岁出头的年轻人,由于意外事故导致高位截瘫。这名患者属于“完全性脊髓损伤”,起初完全没有肢体感觉和运动控制能力。使用王浩冲团队的产品,每天进行两个小时以上的康复训练后,现在上肢已基本恢复了生活自理能力,能用双手使用手机进行网购了。同时经过长期训练,他也能在外骨骼机器人的辅助下站起来了。
依托西安交通大学机械工程学院医工交叉研究所孵化,2018 年臻泰智能正式注册成立,成为国内首批开展脑控康复机器人研究的创业公司。
现在康复医疗行业传统的治疗方式以器械辅助训练为主,这类产品是从肢体末端向神经中枢的刺激,属于单向被动神经刺激,没有形成“感知——控制”的双向闭环神经反馈。就算有主动训练,也是通过简易的运动想象疗法或镜像疗法,让患者观察运动的物体训练,并无主动运动意图脑电特征的实时监测与反馈。然而,脑卒中等脑损伤疾病是神经中枢受损,更需要对神经中枢进行直接的双向神经刺激反馈。正因为如此,市面上的大部分产品对脑损伤患者的中枢神经康复效果其实并不尽如人意。
通过对脑电信号进行运动意图辨识,脑机接口康复训练系统可以将被动训练转换成患者的主动运动,进一步提高患者的主观能动性,提高康复效果,克服传统康复手段被动单一介导的缺陷。另一方面,脑机接口让患者通过自己的思想控制外界设备进行训练,这样不仅能够提高患者的主动性,还可在患者受损的中枢神经中形成实时监测与反馈,从而提高康复疗效。这样就形成了一个双向的闭环反馈,是从被动到主动、单一到双向的一种治疗方式改进。
目前脑机的技术分为两个流派:一个是非侵入式,即通过外置设备来获得大脑不同区域的脑电信号,通常是通过脑电帽接触头皮的方式,间接获取大脑皮层神经信号;另一个是侵入式,需要进行开颅手术,将电极植入到颅腔内,来接收神经元信号。
臻泰智能利用虚拟现实(VR)对患者进行目标任务诱导,激发主动运动意图,通过非侵入式头戴设备获取到脑电波信号,再通过算法来解码神经控制指令,最后将控制指令发送给智能机器人,机器人带动患者肢体运动,从而帮助患者实现主被动协同康复训练。
这种方式称作“自上而下”的康復手段,通过“脑机接口+虚拟现实+智能机器人”实现。
王浩冲团队已在多家三甲医院进行病人跟踪测试,累计参与患者近千名,康复有效率达80%以上,特别是早期介入脑机康复训练的患者,效果更为明显。
经过功能性核磁共振、脑电以及量表等多种方式评估,患者在4周的康复治疗后,脑功能连接会有明显改善,注意力也更为集中,参与训练的积极性明显提升。从认知、运动、平衡、肌张力四个指标来看,脑机康复较传统治疗方式提升了近30%的效果,平均缩短了1/3的治疗时间。直观来讲,就是2个月达到了传统疗法3个月治疗的效果。
2018年3月,团队获联想AI精英挑战赛全国总冠军,并获得联想创投、奇绩创坛战略投资,研发产品历经多次迭代,目前进入高速成长期,与多家三甲医院深度合作。
对于研究的医疗康复项目,王浩冲像培养孩子一样精心。王浩冲笑着说,每一个产品的问世,都要经历研发、验证、定型、测试、生产等步骤,这些繁杂的过程,也不断考验着王浩冲团队对产品技术的把控。
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“我的理想是希望技术能服务于亿万患者,而这几年的规划,也是加快推动国内首个脑机康复机器人的临床应用,帮助到更多有需要的人。”
比起项目研发中的技术难关,更让王浩冲团队头疼的是对商业模式的梳理。“创业是一个综合的事情,不光要和技术打交道,还要与市场、管理、财务、法务等方面打交道。大家在这一方面都比较欠缺经验。”王浩冲说,“从理论到算法实现,经历了一个艰难的开发过程;而从研究向市场转化,又是一个不断探索的过程。”
刚开始做产品时,王浩冲团队一直着力思考如何将更多的技术和功能融入产品中,但当他们进驻医院进行测试时就发现了问题。因为医院的康复医师十分紧缺,每位医师每天都非常繁忙,所以一台好的康复治疗设备,必须同时简化患者和康复医师的操作流程,将用户体验做到极致,为操作者减负,于是团队重新调整了产品的设计思路。
“我的理想是希望技术能服务于亿万患者,而这几年的规划,也是加快推动国内首个脑机康复机器人的临床应用,帮助到更多有需要的人。”王浩冲表示。
责任编辑:丁莉莎