中新網北京3月25日電 (記者 孫自法)將大腦與機器建立聯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日向媒體發布消息說，該所腦網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顱磁刺激設備(rTMS)，可實現在家庭、社區等場景下使用，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)發表。最新研發的可穿戴rTMS設備，其功耗、重量降至進口商用設備的10%以下，并保持和現有傳統商業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rTMS設備的脈沖發放頻率很高(可達50赫茲以上)，在線圈中產生幾千安培的電流，設備功率在數千瓦，配套的電源和散熱設施使得設備重達數十公斤，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動技術將驅動器的功率密度提高至傳統商用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，實現全場景的可穿戴應用。人體試驗顯示，該設備成功誘發手部和腿部的運動誘發電位，首次在自由行走過程中實現rTMS設備神經調控，揭示中樞神經系統和不同肢體肌肉活動之間的動態相互作用。
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，它為抑郁癥等神經精神疾病治療提供全新場景的解決方案，實現患者隨時、隨地、隨身使用，顯著擴大受眾群體，降低就醫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的功能。
研究團隊還透露，他們研發的可穿戴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，讓閉環腦機接口從實驗室走向真實場景的大規模應用成為可能。(完)