中新網(wǎng)北京3月25日電 (記者 孫自法)將大腦與機器建立聯(lián)系的腦機接口技術和設備，近些年來廣受關注。不過，相關設備的小型化乃至可穿戴化，一直受重量、能耗、體積等因素限制，吸引科學家們持續(xù)研究攻關。
腦科研新工具
中國科學院自動化研究所(自動化所)3月25日向媒體發(fā)布消息說，該所腦網(wǎng)絡組與腦機接口北京市重點實驗室最近取得一項突破性進展，他們成功研制全球首款電池供電的可穿戴閾上重復經(jīng)顱磁刺激設備(rTMS)，可實現(xiàn)在家庭、社區(qū)等場景下使用，將為抑郁癥、腦卒中、成癮等精神疾病患者帶來更便捷、更有效的治療選擇，也為腦科學研究提供新的工具。
中國團隊成功研制全球首款電池供電的可穿戴閾上重復經(jīng)顱磁刺激設備(rTMS)。中國科學院自動化所 供圖這項腦機接口技術及設備研發(fā)領域的重要成果論文，已于近日在國際學術期刊《自然—通訊》(Nature Communications)發(fā)表。最新研發(fā)的可穿戴rTMS設備，其功耗、重量降至進口商用設備的10%以下，并保持和現(xiàn)有傳統(tǒng)商業(yè)rTMS設備十分接近的性能。
突破兩大難題
中國科學院自動化所研究團隊介紹說，傳統(tǒng)rTMS設備的脈沖發(fā)放頻率很高(可達50赫茲以上)，在線圈中產(chǎn)生幾千安培的電流，設備功率在數(shù)千瓦，配套的電源和散熱設施使得設備重達數(shù)十公斤，極大限制了其在臨床和科研中的靈活應用。因此，如何將rTMS設備小型化甚至實現(xiàn)可穿戴，是科研人員和工程師致力解決的技術難題。
中國團隊成功研制全球首款電池供電的可穿戴閾上重復經(jīng)顱磁刺激設備(rTMS)。中國科學院自動化所 供圖在本項研究中，研究團隊突破了輕量級磁芯線圈設計、高功率密度高壓脈沖驅(qū)動技術兩大難題。輕量級磁芯線圈將單脈沖的能量損耗降至傳統(tǒng)商用rTMS設備的1/10以下，最大功率由10千瓦降至800瓦，同時刺激強度和線圈重量維持不變。高功率密度高壓脈沖驅(qū)動技術將驅(qū)動器的功率密度提高至傳統(tǒng)商用rTMS設備的10倍以上，將主機的重量由55公斤降至3公斤并由電池供電，實現(xiàn)全場景的可穿戴應用。人體試驗顯示，該設備成功誘發(fā)手部和腿部的運動誘發(fā)電位，首次在自由行走過程中實現(xiàn)rTMS設備神經(jīng)調(diào)控，揭示中樞神經(jīng)系統(tǒng)和不同肢體肌肉活動之間的動態(tài)相互作用。
巨大應用潛力
研究團隊表示，可穿戴rTMS設備在臨床和科研中具有巨大的應用潛力。一方面，它為抑郁癥等神經(jīng)精神疾病治療提供全新場景的解決方案，實現(xiàn)患者隨時、隨地、隨身使用，顯著擴大受眾群體，降低就醫(yī)成本并提高治療效果。另一方面，該設備為研究自然場景下腦功能的動態(tài)變化提供全新工具，有助于因果驗證自由運動過程中不同腦區(qū)的功能。
研究團隊還透露，他們研發(fā)的可穿戴rTMS設備，未來可與腦電、近紅外等非侵入式腦信號檢測技術結合，讓閉環(huán)腦機接口從實驗室走向真實場景的大規(guī)模應用成為可能。(完)