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什么!脑机接口可让中风患者快速,准确的打字?

硅谷live
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发布于 2017/06/19 15:26
字数 1875
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---编译硅谷live

由斯坦福大学调查员领导的临床研究论文证明,脑机对接可以使人们以最高的速度和准确度水平通过直接的脑部控制进行麻痹。

该报告涉及三名严重肢体无力的研究参与者,其中两名是患有萎缩性侧索硬化症,也被成为“Lou Gehrig氏病”,另外一位患有脊髓损伤。他们每人都有一个或两个小片阿司匹林大小的电极阵列防止在他们的大脑中记录来自运动皮质、控制肌肉运动区域的信号。这些信号通过电缆传输到计算机,并通过算法转换成将光标引导到屏幕键盘上的字符的点击命令。

每个参与者在经过最少的培训之后,已经掌握了足够的技术,以胜过以前脑机接口测试的结果,来增强具有类似障碍运动的人的沟通。值得注意的是,研究参与者在没有用电子键盘应用程序中常见的联想功能,就完成了较高的打字效率。

来自加州Menlo Park的一位名为Dennis Degray的参与者,每分钟能输入39个正确的字符,相当于每分钟约8个单词。

“一个重大的里程碑”

斯坦福大学的研究人员表示,这种点到点的方法可以应用于各种计算设备,包括智能手机和平板电脑。

神经外科教授Jaimie Henderson博士说:“我们研究的成功标志着改善瘫患者生活质量的重大里程碑,他在斯坦福医院进行了三项植入手术。第三次在马萨诸塞州总医院举行的。”

Henderson和Krishna Shenoy博士都是电气工程教授,是本文的共同资深作者,他们在2月21日,在eLife上发表了文章。

霍华德·休斯医学研究所的研究员Shenoy表示:“这项研究报告展现了前所未有的速度和准确度,都超过了1/3。我们正在接近你在手机上打字的速度了。”他从2009年开始研究脑机接口,并与Henderson合作了15年了。

被艾克里大学和乔治亚理工学院联合任命为生物医学工程助理教授的Pandarinath先生表示:“这太令人兴奋了,我们正在实现沟通率,许多手臂麻痹的人会发现这非常有用。这是使设备适合现实世界使用的关键步骤。”

Shenoy的实验室开创了用于解密运动皮质神经细胞、大脑运动指挥中心发射的电信号的复杂阵列的算法,并将其实时转换为通常由脊髓和肌肉执行的动作。

Nuyujukian说:“这些高性能脑机接口算法在人类临床试验中的应用表明,这种技术可以恢复与瘫患者的沟通。”

改变人生的事故

数百万瘫痪的人居住在美国。有时他们的瘫痪是逐渐发生的,如ALS一样。有时它会突然到来,就像Degray一样。

现在64岁的Degray于2007年10月10日得了四肢瘫痪,当时他在雨中倒垃圾,一手拿着可回收垃圾,一手拿着不可回收的垃圾,他突然跌倒,在草地上滑了一跤。这种冲击使他的大脑幸免于难,严重的是他的脊椎伤了,切断了大脑与肌肉组织之间的所有沟通。

他说:“现在我已经失去了锁骨以下的身体部分。”

Degray于2016年8月在Henderson那儿收到了两个装置植入物。在随后的几次研究会议中,他和另外两名接受过相似手术的研究参与者被鼓励尝试可视化所需的手臂、手和手指的运动模式。由运动皮层产生的神经信号由嵌入式记录装置电子提取,传输到计算机,并通过神诺算法翻译成将光标放在屏幕键盘上的参数制定给参与者指定的字符。

研究人员测量了患者能够正确复制短语和句子的速度,比如“褐色狐狸从慵懒的狗身上跳了过去”。Degray的平均速率为每分钟7.8个字,其他两名参与者的速率是分别是每分钟为6.3个字和2.7个字。

一个微小的硅芯片

研究中使用的研究系统,被成为BrainGate神经界面系统,代表了最新一代的脑机接口。上一代首先通过放置在头皮上的电线引导信号,然后通过手术,放在头骨下方的脑部表面。

皮层内脑机接口使用的硅片超过1/6英寸,其中突出100个电极穿透大脑至1/4的厚度,并进入运动皮质中各个神经细胞的电活动。

相比之下,Henderson将神经干支的改进分辨率与老一代的脑机接口相比,把对掌声电平的掌声比喻为演播室观众的个人成员,而不仅仅是把它们放在天花板上,“所以你可以告诉你观众们鼓掌的速度和用力程度。”

Shenoy表示,这一天将会来临,他预测会在未来5-10年,当自校准完全植入无线系统可以在没有照顾者协助的情况下使用时,它就可以全天候使用了。

他说:“我没看到任何不可逾越的挑战。我们知道我们必须一步一步达成目标。”

继续积极参与研究的Degray,在他出事故之前就会打字,但并不是专家级别的。他用视频游戏爱好者的语言描述了他的新实力。他说:“这就像我曾经玩过的最酷的视频游戏。”

该研究的结果推动了Henderson和Shenoy之间长期合作以及BrainGate的多机构联盟。布朗大学马萨诸塞州总医院、罗德岛州神经恢复和神经技术学院康复研究和发展中心的神经病学家和神经科学家——Leigh Hochberg博士,指导了BrainGate系统的试点临床试验。

Hochberg说:“这种令人难以置信的合作在开发强大、直观、灵活的神经接口方面继续奠定了新的基础,我们希望有一天可以恢复神经系统疾病或损伤患者的沟通。”

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