指导审核 | 中心主任董碧蓉教授
策划 | 中心管理科科长付琛颖
采编 | 中心宣传专员马小雅
作为科幻作品“常客”，脑机接口（BCI）是指通过脑电信号将生物大脑与计算机或其他外围设备连接，进行控制和通讯等智能交互方式。且，它不依赖于大脑的正常通路，便可实现人与外界机器设备的直接意识交互，由大脑思想和意识控制身体的行动。
去年7月，Neuralink关于BCI的最新技术成果的公布，彻底引爆了外界对于“脑机接口”技术的关注。实际上，脑机接口技术已经发展数十年，并在医学领域展现出了惊人的研究潜力，其中，脑机接口技术在脑卒中后运动康复中的应用在该研究领域尤为热门。而国家老年疾病临床医学研究中心（四川大学华西医院）（以下简称“中心”）智能可穿戴设备研究室主任江宁教授无疑是该领域的佼佼者，他及团队取得了诸多世界级成果与荣誉，并预计于今年完成脑机接口的临床落地。
江宁教授
江宁教授：“在我们研究项目寻求临床合作之初，遇到了不少挫折。因为当时没有太多欧洲临床医生相信脑机接口对卒中康复的可行性，所以欧洲一些规模较大的神经研究中心纷纷拒绝了我们的合作申请。最后，我们在塞尔维亚的贝尔格莱德成功开始了我们第一轮试验，其研究结果证明脑机接口能促进神经可塑性，并正向作用于运动功能康复。[1]”
[1] Natalie Mrachacz-Kersting, Ning Jiang, Andrew JT Stevenson, Imran Khan Niazi, Viladmir Kostic, Aleksandra Pavlovic, Sasa Radovanovic, Milica Djuric-Jovic, Federica Agosta, Kim Dremstrup, Dario Farina, “Efficient neuroplasticity induction in chronic stroke patients by an associative brain-computer interface”, Journal of Neurophysiology, Vol. 115, No. 3, pp. 1410-1421, Mar. 2016 (DOI: 10.1152/jn.00918.2015)
在2016年第一轮试验成果发表后，江宁教授团队收到德国和丹麦的研究所抛出的橄榄枝，开展了第二轮针对亚急性期脑卒中患者的试验，并在2018年发表结果[2]。该研究证实，脑机接口技术在卒中患者的康复方面有着显著的运动功能改善和提高效果。
[2] Natalie Mrachacz-Kersting, Andrew JT Stevenson, Helle RM. Jørgensen, Kåre Eg Severinsen, Susan Aliakbaryhosseinabadi, Ning Jiang, and Dario Farina, “Brain-State Dependent Stimulation boosts functional recovery following stroke”, Annals of Neurology, Vol. 85, No. 1, pp. 84-95, Jan. 2019 (DOI: 10.1002/ana.25375)
江宁教授团队宣传实拍画面
江宁教授及团队关于脑机接口在中风运动功能康复的研究，通过为偏瘫患者戴上头皮穿戴设备，引导他们在脑海中想象控制肢体的动作，并捕捉这一脑电信号，即提取其运动意识，进而采取人工措施激发对应的肢体运动（比如，控制患者的外骨骼或者用电刺激相关肌肉来产生相应的动作），促使大脑产生正确的感觉反馈，令破损的脑区神经重新连接或在空白脑区搭建新的神经通路，最终帮助患者逐渐恢复肢体功能。
理论介绍：在过去数十年的研究中，神经学专家们基本阐明了神经可塑性的潜能和原理。其中，著名的赫布学习法则“What fires together wires together”，便是指两个神经元或网络如果反复地、有因果性地被激活，那么这两者之间的神经连接就会被加强，或者能形成新的连接。
非入侵式脑机接口宣传片段
需要强调的是，该系列研究开发目的从来不是功能替代，而是通过反复的人工意识和肢体运动，形成一条“首先产生运动意识，然后再产生感觉反馈”的运动意识闭环，并尽力缩短两者反馈时间差至500毫秒以内，以达到卒中康复的目的。
非入侵式脑机接口宣传片段
功夫不负有心人。江宁教授团队关于脑机接口在中风运动功能康复的研究，从2012到2017年连续六年，被提名为BCI Award（全球只有10项研究被提名），并在2014年荣获全球第三名，最后于2017年斩获全球第一名！
BCI Award 2017获奖者官网页面
目前，江宁教授带领团队开发出超短延时非侵入式脑机接口，能在300毫秒内探测出人的运动意识，是目前世界上最先进的非侵入式智能康复系统的核心技术之一。
研究拓展：2016年至今，江宁教授先后在国际著名期刊（均为SCI）上发表108篇研究论文和88篇会议论文。期刊论文大多发表在生物医学工程领域和信号处理方向的顶级期刊，包括Nature Biomedical Engineering (IF: 17.135), Annals of Neurology (IF: 10.250), IEEE Signal Processing Magazine (IF:7.602) 等。
2023年4月，江宁教授的中心实验室将正式投入运行。在强有力的硬设施支撑，以及疫情开放的政策影响下，他对今年的工作有了更多的信心，并制定了更加缜密的研究计划。
今年，江教授团队将继续聚焦在以人工智能控制的康复器械的研发上，并力争在年内将相关成果转化为实用的临床器械，为高效辅助国内外卒中患者的主动康复治疗创造条件，为积极推动康复医疗产业的发展竭力而行，为实现中国该方面技术的弯道超车笃行不怠。
非入侵式脑机接口宣传片段
江宁教授：“去年调研发现，目前有一家美国公司做了17例临床并拿到FDA认证，也是这类设备的第一个认证。同时，国内也有一家公司研发出了该类产品，但拿到的是外骨骼器械认证。因此，就目前而言，国内应该还没有相关产品拿到过脑机接口这一块的认证。所以，今年我们的目标之一便是竭尽所能地去推动该成果落地，争取尽早获得FDA 和国内相关器械认证。”
除了在脑电信号的杰出成就外，江宁教授在肌电信号、心电信号等信号处理领域也有着深入研究和多年积淀。在2023年，江宁教授与院内外临床专家的合作以及相关智能可穿戴设备的研发也正在积极推进中，计划在年底实现成果落地，早日服务于大众群体。
研发智能可穿戴设备：老年痴呆症MCI的早筛
针对大陆老年人群的失能和失智情况，团队今年来一直在进行人工智能方面的研究，并取得有价值的研究成果。2023年，江宁团队的研究重点，将围绕MCI早筛功能，大力推进智能可穿戴设备的研发工作。
研发智能可穿戴设备：肌少症筛治
未来，将继续与中心董碧蓉教授等临床专家合作，通过肌电信号来早筛肌少症，研发相关的智能可穿戴设备。
注：肌少症，是一种因持续骨骼肌量流失、肌肉力量和躯体功能下降而引起的综合征（该病详情请见：爸妈身体的这个变化，正在增加他们跌倒的风险！）。
研发智能可穿戴设备：心电信号测量
目前，臂环式的心电监测设备已进入落地阶段，与医院常用的心电图检测类似，但该设备不仅可供非标准体位的便捷测量，还能达到实时监测效果，轻便且充电后可用时长高达72小时。与市场上的智能手表相比，该设备不用手指交叉就可形成心电采集所需的闭环回路，且对健康质量和数据有更专业的保障。
非入侵式脑机接口宣传片段
随着技术的进步与发展，国内医工交叉力量在临床价值的迅速突显，其中人工智能、大数据等技术将发挥巨大价值，为整个医疗健康产业发展带来新的可能和新的机遇。
因此，江宁教授建议医科学生们除了对专业知识的学习与钻研外，还需要打开眼界，多关注课本外的关联性信息，比如国内外最新的医工交叉发展资讯等，提高个人交叉意识，才能更好地拓宽未来的发展方向，更大限度地利用医学技术创新造福人类，在交叉融合中实现医学发展新突破。
江宁教授与何家源教授团队
第一排（从左至右）：张鑫，何家源，江宁，冯旭登
第二排（从左至右）：商海杰，蒋依，郭志伟，张博文，唐雨欣，何浩如，李娜
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来源 | 国家老年疾病临床研究中心
（四川大学华西医院）