脑机接口技能重大突破!初次协助瘫痪男人康复运动和触觉

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脑机接口技能重大突破!初次协助瘫痪男人康复运动和触觉

触觉是咱们感触外部国际不可或缺的感官,但许多人却因脊髓损害或因患病瘫痪而失掉这种才能。不过,最近非营利安排巴特尔研讨所的研讨人员声称,他们初次利用脑机接口(BCI)技能协助一名美国瘫痪男人康复了手部触觉。

脑机接口技能重大突破!初次协助瘫痪男人康复运动和触觉

这名男人名叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart),他在2010年参与潜水活动时发作事端,脊髓开裂导致全身瘫痪。伯克哈特不只无法走路,手臂的活动规模也仅限于膀子和二头肌,简直彻底失掉了触觉。

2014年,伯克哈特参与了巴特尔研讨所的NeuroLife项目。该方案是在伯克哈特的大脑中植入米粒巨细的微型芯片,并用它来改善其手臂的运动规模,并人工重建触觉。现在,在开端这项研讨六年后,伯克哈特现已能够感觉到物体,并有满足的手臂操控力,乃至能够玩《Guitar Hero》。

1.将大脑与身体从头衔接

严峻的脊椎损害会阻止来自大脑的信号,这些信号要求四肢移动并供给感觉反应。研讨人员发现,伯克哈特的大脑与其手臂和腿之间只要几束脊髓纤维存活下来。领导这项研讨的神经学家帕特里克·甘泽(Patrick Ganzer)说:“即便只要少部分纤维,也能在大脑中发生信号。仅仅这些信号过于弱小,患者感觉不到任何东西,手臂也无法移动。”

对此,甘泽等人提出了一个风趣的假定:从大脑中提取这些弱小信号,解码它们的意思,并将它们传递到四肢,就能够绕过脊椎,从头将大脑和身体衔接起来。问题在于,接触和运动的信号在大脑中显得乱七八糟,由于每个动作都对应共同的信号,而伯克哈特脑袋里的芯片每次能够接纳大约100个不同的信号。

脑机接口技能重大突破!初次协助瘫痪男人康复运动和触觉

为了完成上述想象,甘泽等人规划了杂乱的设置,将伯克哈特的大脑衔接到核算机上。运动皮层中的芯片经过头骨后部的端口发送电信号,然后再经过电缆传输到邻近的电脑上。软件程序会解码大脑信号,并将它们别离为与预期运动和触觉相对应的信号。代预期运动的信号被发送到盘绕伯克哈特前臂的电极套,而代表接触信号则被发送到他上臂周围的振荡带。

2.康复触觉困难重重

起先,甘泽专心于在没有触觉的状况下康复伯克哈特手臂的运动。短短几个月,他的手就部分康复了活动。不过,没有触觉反应,伯克哈特抓握东西十分费劲,握力简直不受操控。

但是,给这套体系添加触觉愈加困难。为了梳理出与接触相对应的共同信号,甘泽等人开端对伯克哈特的拇指和前臂进行有针对性的影响。经过调查当压力施加在手上的大脑信号改动状况,研讨人员能够在更强运动信号的状况下识别出弱小的接触信号。

这意味着核算机程序能够将来自伯克哈特脑机接口的信号分隔,从伯克哈特的手传递到大脑的弱小压力信号能够转化为振荡,让他知道自己正在接触物体。在测验中,伯克哈特能够近乎完美地精确地分辨出他何时接触到物体。

开端的时分,接触带是十分简略的开关振荡设备。但甘泽等人对其进行了改善,使其能够依据伯克哈特抓握物体的硬或软来改动其振荡,这类似于视频游戏操控器和手机向用户供给反应的方法。现在甘泽现已在实验室中展现了这项技能,下一步是改善该体系以供日常运用。该团队现已将体系中运用的电子设备缩小到VHS磁带巨细的盒子,能够安装在伯克哈特的轮椅上。粗笨的电极体系也被改装为相对简单拿起和脱下的套筒。

最近,伯克哈特初次在家中运用该体系,经过平板电脑对其进行操控。鉴于脑机接口技能具有侵入性,有必要经过手术植入,这类体系在四肢瘫痪患者中广泛运用或许还需要很长时刻。不需要手术的非侵入性脑机接口技能好像更有潜力,但该研讨尚处于十分前期的阶段。

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原文发布时刻:2020-04-29
本文作者:网易智能
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