作者:史俊庭 潘志强 来源:中国科学报 发布时间:2015/8/13 9:32:51
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探秘大脑“意念”实验室

 

■史俊庭 潘志强

不用连线,只要戴上一个特制的头套,就能遥控无人机和机器人,尽管这些看来犹如科幻,但解放军信息工程大学脑机协同信息处理实验室(以下简称实验室)副主任童莉带着本科生,在很短的时间内就将它们变成了现实。实验室主任闫镔说,在他们研究的领域,这些算不上最难的部分。

什么才是他们的大动作?带着好奇,我们走进该实验室,了解他们已经连续数年进行的大脑“意念”研究,记录他们研究脑科学的足迹。

炙手可热的脑计划

2013年,奥巴马政府宣布实施“脑计划”,其全称是“推进创新神经技术脑研究计划”,旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图以及针对无法治愈的大脑疾病开发新疗法。参与该计划的美国政府科研机构包括美国国家卫生研究院、国防部高级研究项目局和国家科学基金会。

继美国、欧盟和日本相继启动“脑计划”后不久,我国的脑科学研究也被列为“事关我国未来发展的重大科技项目”之一,中国特色的“中国脑计划”也获国务院批示,将从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向全面启动。复旦大学牵头联合浙江大学、华中科技大学、同济大学、上海交通大学等十几所高校及中科院研究所,成立“脑科学协同创新中心”,推进脑科学研究和转化应用,积极推进和参与“中国脑计划”实施。

准确定位大脑功能区

2012年9月的一天晚上,当闫镔准备结束一天的工作时,电话忽然响了。

打来电话的是解放军153医院神经外科主任医师郭效东,他们医院来了一个病情危重的脑部肿瘤患者,由于肿瘤较大,原有脑功能区已经移位,如果不进行脑功能区再定位,手术可能会误将控制行动的脑区切除,导致患者瘫痪。

匆匆赶到153医院,闫镔就开始和主治医生展开病情讨论,并进行了术前准备工作。

据悉,153医院通过查询,查到脑功能成像技术可能有助于他们在大脑肿瘤手术领域的工作。他们找到了从中科院毕业回到解放军信息工程大学从事脑功能成像相关研究的闫镔。

在153医院,郭效东向闫镔介绍,患者的病变范围非常大,涵盖了额叶、颞叶和中央前回。而中央前回是运动辅助区,支配人手足运动的地方,如果这个地方手术或病变破坏掉的话,有可能造成对侧偏瘫。

“大脑运动功能区定位的成像技术,应该说是非常成熟了,但当要精确定位,并将这个结果作为整台手术依据时,我还是感到压力非常大。”闫镔说。

接下来,在闫镔的指挥下,患者依次动手和动脚,与此同时,闫镔通过数据分析获得了患者大脑的功能区,并且将它与肿瘤的位置关系和间隙直观地呈现出来。

最后,手术非常成功。患者康复后,运动功能基本恢复了正常。此后,利用该技术,153医院已经成功实施了160多例手术。

重构大脑视觉信息

给你看一张卡片,卡片上是一个英文字母,当你看完这个字母之后,通过核磁共振成像设备,很快,就能在旁边的一台计算机上显示出刚看过的字母。

同样,这不是科幻。眼前的一幕发生在河南省人民医院磁共振室,该技术被称为“大脑视觉信息重构”。

闫镔说,该技术的实现得益于国家“863”计划——“面向大规模图像分类的脑机交互技术研究”的支持。

资料显示,人获取的信息80%以上靠视觉,人看到的物品,都能在视觉皮层有所体现。“视觉信息重构是目前脑功能成像领域比较困难的事情,当一个人看到一个字母时,提取出他视觉皮层中的信息并进行重构,我们做到了。”闫镔说。

在河南省人民医院磁共振室,受试者躺在一台大型磁共振设备里,根据实验,他会依次看到几个字母,磁共振设备采集他大脑视觉功能区的微弱信号,传输到计算机里,经过复杂的运算处理,最终还原重构出他所看到的视觉图像。

结果出来后,童莉说,他们可以达到70%以上的正确率,这已经是目前国际上比较好的水平了。

河南省人民医院放射科主任史大鹏说,目前这种实时磁共振成像脑机接口技术是一种前沿的人机交换技术,有巨大的医学应用价值。“我们可以把这种最先进的计算机技术应用到治疗和缓解病人的疼痛上,特别是对那些不能说话或者不能控制身体的患者。”

“我们在‘863’项目中所研发的实时脑机交互图像检索系统,到目前为止,在国际上还没有看到同类的报道。”闫镔说这句话的时候,言语中充满了自豪。

《中国科学报》 (2015-08-13 第4版 综合)
 
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