姜仲博,郭艷波,呂文學(xué),岳亮,王德恒,蔡余力*

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué),山東 濟(jì)南 250013;2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院關(guān)節(jié)骨科,山東 濟(jì)南 250014)

腦機(jī)接口(brain-computer interface,BCI)通過(guò)獲取大腦神經(jīng)活動(dòng)來(lái)控制外部設(shè)備,實(shí)現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互,分為侵入式BCI和非侵入式BCI,目前已被廣泛應(yīng)用于腦卒中后康復(fù)、脊髓損傷康復(fù)等領(lǐng)域[1-2]。

Vidal[3]在1973年嘗試首次采用腦電圖在人與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信,并使用“腦機(jī)接口”一詞。腦機(jī)接口通過(guò)分析神經(jīng)元信號(hào),轉(zhuǎn)換為相應(yīng)運(yùn)動(dòng)指令輸送至外部設(shè)備,并實(shí)時(shí)獲取與外界交互信息,通過(guò)電刺激激活感覺(jué)神經(jīng)元,促使脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)患者運(yùn)動(dòng)功能和感覺(jué)功能恢復(fù)[1]。但BCI的功能并不局限于此,它可以基于多種平臺(tái)或系統(tǒng),增強(qiáng)感覺(jué)反饋,促進(jìn)神經(jīng)回路重塑和感覺(jué)功能進(jìn)一步恢復(fù)[4]。BCI還可以通過(guò)構(gòu)建新型交互模式,緩解SCI患者慢性疼痛,在緩解SCI患者繼發(fā)性疼痛、改善心理狀況及心肺功能方面發(fā)揮重要作用[5]。此外,BCI通過(guò)電刺激來(lái)恢復(fù)截癱患者肌肉自主控制,如在地面刺激運(yùn)動(dòng)(stimulation movement overground,STIMO)臨床試驗(yàn)中,SCI患者經(jīng)脊髓硬膜外電刺激后,對(duì)髖部肌肉的自主控制明顯改善,這種改善具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性[6];將BCI與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality,VR)結(jié)合,對(duì)患者進(jìn)行上肢及手部功能鍛煉,也觀測(cè)到了類(lèi)似結(jié)果[7]。BCI作為非接觸式交互工具,能夠在骨科手術(shù)中通過(guò)手勢(shì)感應(yīng)操作影像系統(tǒng),簡(jiǎn)化交互程序,縮短手術(shù)時(shí)間[8]。值得注意的是,Makin等[9]討論了使用BCI解決截肢術(shù)后患肢痛的可能性,有望在未來(lái)得到應(yīng)用。

腦機(jī)接口在骨科領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力,通過(guò)調(diào)控大腦與外周神經(jīng),針對(duì)多種疾病實(shí)現(xiàn)神經(jīng)-運(yùn)動(dòng)交互,不僅提升其神經(jīng)及運(yùn)動(dòng)恢復(fù)功能,還能賦予其額外功能,包括防止肌肉萎縮、改善心理狀況、保護(hù)器官功能等。目前醫(yī)療輔助機(jī)器人操作以及手術(shù)中影像控制成為BCI新興的研究方向,隨著腦機(jī)接口設(shè)計(jì)理念改進(jìn)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的不斷整合,未來(lái)的BCI將在骨科手術(shù)、運(yùn)動(dòng)康復(fù)領(lǐng)域掀起更加深刻的變革。