瘫痪多年，他用这项技术实现了靠“意念”喝水、吃饭的生活！

本期节目看点

●植入一枚芯片，瘫痪的人如何靠“意念”喝水？

● 情绪低落、焦虑抑郁？按下按钮烦恼全消！

●脑机接口-帕金森患者的幸福开关

●脑机接口有望找回老年性痴呆患者的记忆？

植入一枚芯片，瘫痪的人如何靠“意念”喝水？

真实案例

72岁的张先生，瘫痪多年。虽然有健全的大脑意识，但却无法支配身体活动。他身体上的每一个关节都丧失了活动能力，只能依靠家人来照顾自己的起居。而现在，张先生却能靠意念来喝水、吃油条了。这究竟是怎么做到的呢？

张先生靠“意念”喝水，就是用到了脑机接口技术，往大脑中植入芯片是现在医学研究中最热门的话题。这类先进的研究，目前已经进入临床应用了！

脑机接口，是指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，从而实现脑与设备的信息交换。当人类思考时，大脑皮层中的神经元会产生微小的电流。人类进行不同的思考活动时，激活的神经元也不同。而脑机接口技术便可以靠直接提取大脑中的这些神经信号来控制外部设备。

想实现脑机接口完美运行，完成靠“意念”喝水，一共有三个环节，分别是读取、翻译和执行，这三个环节每一个环节缺一不可！

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读取想法

脑信号采集是脑机接口系统的重要组成部分，想要实现靠“意念”喝水，首先要让电脑采集到“我想要喝水”的信号想法。

首都医科大学三博脑科医院 神经外科 副主任医师 王雄飞

信号的本质是神经元的电生理活动，当我们出现“我想要喝水”的想法时，会产生相应的电生理信号，脑机接口主要读取的是我们发出的神经元信号。

脑机接口跨越了传统的肌肉或者是文字的限制，直接实现大脑和机器之间的信息的交流。

将大脑内部信号与电脑相连的方式主要有两种：

一是非侵入式脑机接口，通过脑电帽接触头皮间接获取皮层神经信号；

二是侵入式脑机接口，需要在头部植入芯片、电极和传感器等器件，通过一台神经手术机器人，利用激光打孔向大脑无痛植入电流和芯片，读取大脑信号。

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翻译想法

当机器读取我们想要喝水的想法后，第二步就是翻译我们的想法，变成机器能运行的语言代码。脑信号中通常包含有多种噪声，例如当你想喝水的时候，可能同时还有想吃蛋糕的想法，这些与用户心理活动无关的神经信号在一定程度上降低了信号的质量。

为了更准确的翻译我们的想法，我们会进行训练，脑机接口与人脑是相互学习的过程，同样的一个指令不断重复，让电脑学习到这种规律模式。

首都医科大学三博脑科医院癫痫与功能疾病诊疗中心主任 栾国明

反复训练是应用脑机接口的必经之路。通过训练，把一件复杂的事情，拆分成很多简单的单元素，把每个单元素的大脑电信号的模式都分析清楚。

例如“你想要喝水”，这个活动有伸手、抓握和提拿三个动作，我们前期训练伸手、抓握和提拿三个信号的读取和翻译工作，当把这三件事情的信号都很好地训练后，你再去想这件事情，脑机接口就能让它变成了一个连续的动作。

首都医科大学三博脑科医院 神经外科 副主任医师 王雄飞

在数据的训练当中，我们采用了大量的人工智能的算法。在滤波方面引用了美国航天局的火星登陆技术，提高了场电位和单个神经元的信号的信噪比。除此之外，随着人工智能深度学习的算法上进步，脑机接口翻译上的错误也会越来越少。

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输出执行

当我们想要喝水的信号被读取和翻译后，最后一步就是执行命令。与脑机接口通信或可控制的外部设备可以是多种多样的，视具体的应用而不同，可以是计算机系统(操作其字符输入/光标移动等)，也可以是机器系统 (如康复机器人、神经假肢和轮椅等)。

情绪低落？焦虑抑郁？按下按钮烦恼全消！

脑机接口不仅能读取我们的运动信号，也能读取我们的情绪信号！当我们出现焦虑、抑郁的情绪时，及时干预，脑机接口可以帮助我们恢复平静状态。

以前抑郁症病人都是自述主观感受，现在脑机接口技术，将芯片直接植入到抑郁症病人头部，脑子里的信号通过蓝牙传输到计算机中实时记录，神经外科医生再用人工智能技术分析病人什么问题，脑子里有什么变化才会出现抑郁症症状，利用电刺激反馈给予相应的刺激治疗，可以把抑郁症状扼杀在摇篮中。

首都医科大学三博脑科医院癫痫与功能疾病诊疗中心主任 栾国明

CNN电视报道过一则案例，一名大学教授患有严重的抑郁症，每天都想自杀，直到他接受了神经调控的治疗。整个手术过程，他都是清醒的，手术将两根电极放到他的内囊前肢上给予刺激，瞬间他感受到了前所未有的快乐，把多年来的抑郁治好了。

脑机接口治疗情绪问题难度系数比较大，情绪信号就像错综复杂的交通，我们很容易把信号捕捉错了。

脑机接口-帕金森患者的幸福开关

帕金森在没有脑机接口之前是很难治愈的，有了脑机接口后，瞬间治愈。

癫痫、帕金森等疾病是一种脑网络病，如果在脑的兴奋和抑制中枢中给予调控，我们就能改变它的兴奋和抑制。这样，帕金森的病人颤抖、僵直等症状就得到缓解了。

首都医科大学三博脑科医院癫痫与功能疾病诊疗中心主任 栾国明

运动障碍疾病包括帕金森、肌张力障碍、舞蹈症等像这些跟运动相关的病，药物治疗效果不好时，我们会进行脑起搏器治疗，通过调节神经网络，达到新的平衡。

大脑中植入芯片，有望找回老年性痴呆患者的记忆！

Emma：

特斯拉的创始人马斯克认为在一年的时间内，我们植入一枚芯片，通过脑机接口技术，能够帮助老年性痴呆的患者找回丢失的记忆，这是真的吗？

海马体位于大脑丘脑和内侧颞叶之间，主要负责长时记忆的存储转换和定向等功能。随着年龄的增长，人类的记忆功能会逐渐衰退。美国南加州大学团队已经发现大脑海马体的记忆密码，现已对老鼠和猴子大脑进行了实验，证实大脑信息可通过硅芯片的电信号进行复制以实现记忆移植，通过植入芯片可以帮助局部大脑受损、中风和老年痴呆症患者恢复记忆。

首都医科大学三博脑科医院癫痫与功能疾病诊疗中心主任 栾国明

记忆相关的神经元丢失，我们可以通过修复和植入一种指令，反馈性的给予刺激，理论上可以增强记忆的改善。脑机接口找回丢失的记忆，还在临床研究当中。

在未来，当人类身体渐渐衰老后，例如心脏等器官出现了问题，我们是否能把大脑记忆移植在一个机器上，让机器完成大脑中的指令动作，实现人类永恒不老呢？

机器只要更换零件，永远不会死亡。当一个生命和机器结合到一起时，机器可以自身学习，但回过头来，机器把人类先进的东西学到后，会有很多潜在的危险性，例如机器失灵，反过来控制人脑等，因此实现长生不老的诉求，还要过医学伦理这一关。

编辑：Emma