讓機(jī)器毫秒間“聽懂”大腦

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 鄭敏 記者 王志鵬）近日，安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一套基于腦電信號(hào)的術(shù)后意識(shí)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以低成本實(shí)現(xiàn)高效集成，為臨床提供智能化輔助判斷依據(jù)，顯著提升術(shù)后病房的工作效率，可降低因麻醉術(shù)后并發(fā)癥導(dǎo)致的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)損失。

在術(shù)后監(jiān)護(hù)中，準(zhǔn)確判斷患者意識(shí)狀態(tài)對(duì)術(shù)后安全和恢復(fù)至關(guān)重要。傳統(tǒng)方法主要采用臨床觀察和功能性磁共振成像（fMRI）。前者依賴人工觀察，主觀性強(qiáng)、反應(yīng)慢，后者雖然能觀察腦區(qū)活動(dòng)，但無法捕捉到意識(shí)變化中快速而細(xì)微的信號(hào)。為解決這一痛點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)與安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院經(jīng)過長期合作，研發(fā)出了基于腦電信號(hào)的術(shù)后意識(shí)檢測系統(tǒng)，通過引入“聽覺注意力檢測”技術(shù)，讓機(jī)器能夠“聽懂”患者大腦的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)意識(shí)水平的實(shí)時(shí)、客觀、量化監(jiān)測。

實(shí)現(xiàn)可靠的聽覺注意力檢測是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，團(tuán)隊(duì)在研究中攻克了三個(gè)關(guān)鍵難題：

一是如何從信號(hào)“提得穩(wěn)”。術(shù)后的腦電信號(hào)像一池被擾動(dòng)的水，波動(dòng)不穩(wěn)，語音刺激的非平穩(wěn)特性增加了復(fù)雜性。團(tuán)隊(duì)提出一種“雙重注意力與時(shí)頻融合算法”，通過雙重篩選和特征融合機(jī)制在混亂信號(hào)中自動(dòng)聚焦關(guān)鍵腦電活動(dòng)，就像在嘈雜聲場中精準(zhǔn)捕捉主旋律，讓檢測結(jié)果更穩(wěn)定、更可靠。

二是如何讓解碼“跑得快”。在術(shù)后監(jiān)護(hù)中，患者的神經(jīng)反應(yīng)往往發(fā)生在毫秒之間，系統(tǒng)必須在第一時(shí)間捕捉到變化。為此，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種輕量化算法結(jié)構(gòu)，“體積”僅為傳統(tǒng)模型的幾十分之一，能實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)實(shí)時(shí)解碼，真正滿足臨床實(shí)時(shí)監(jiān)測的需求。

三是如何讓算法“學(xué)得準(zhǔn)”。術(shù)后病人的腦電特征與普通健康人差異明顯，而術(shù)后樣本的獲取又受倫理限制，訓(xùn)練模型很難直接遷移到真實(shí)臨床場景。團(tuán)隊(duì)通過引入小樣本學(xué)習(xí)與特征正則化技術(shù)，讓模型學(xué)會(huì)從有限的樣本中提取“通用規(guī)律”，從而在不同人群、不同場景下都能保持準(zhǔn)確性。

目前，該系統(tǒng)已在安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院、第二附屬醫(yī)院等多家三甲醫(yī)院開展臨床測試，累計(jì)服務(wù)患者近40例。與傳統(tǒng)人工觀察及fMRI檢測方式相比，該系統(tǒng)能夠更早、更準(zhǔn)確地識(shí)別患者的意識(shí)反應(yīng)，檢測準(zhǔn)確率超過80%，在臨床應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的可行性與穩(wěn)定性。