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人类脑机接口实验成功,全身瘫痪病人已可以通过思想进行交流

[日期:2016-11-17] 来源:机器之心  作者: [字体: ]

  

人类脑机接口实验成功,全身瘫痪病人已可以通过思想进行交流

 

  题图/Hanneke de Bruijne 演示该系统。选自Science Alert,机器之心编译。参与:吴攀、李泽南。

  荷兰一名渐冻症女病人成为了第一个装配新型大脑植入体的人,这种植入传感器能让不能说话也不能移动的病人完全使用自己的思想与外界交流!

  这种新型植入物是一套脑机接口的一部分,这套接口能够帮助这位病人拼写词语和句子。而且更重要的是,这套接口几乎可以随时随地使用,让她即使在户外也能够与朋友进行交谈,而不需要医疗专家在一旁随时提供帮助。

  「这是有史以来的第一例,」荷兰乌特勒支大学医学院神经科学家和首席研究员 Nick Ramsay 告诉 CNN,「这是一种可以完全植入的系统,可以在家里工作,不需要任何专家的协助。」

  这位女病人名叫 Hanneke de Bruijne,她在 2008 年被确诊患有肌萎缩侧索硬化(ALS),不久之后,她的神经细胞就完全萎缩了。

  在仅仅不到两年的时间之内,她就从一个健康人变成了一个没有呼吸机就不能呼吸的病人,她再也不能移动或说话了。

  在 Ramsey 遇到 de Bruijne 之前,她通过一个可以追踪她眼部移动的系统与外界交流,该系统让她可以选择出现在计算机屏幕上的特定词和字母来组成句子。

  但即使这种方法也可能无法长时间使用。正如 New Scientist 曾经报道过的 Jessica Hamzelou 一样,她是三位因患有 ALS 而失去了运动能力乃至眼动能力的病人中的一个。

  Ramsey 想搞清楚如何设计一个完全不用依赖任何形式的物理运动的系统(斯蒂芬·霍金所使用的那个有名的系统依赖于病人对他们的面部肌肉的控制)。

  这意味需要打造一种新东西——思想读取设备。

  过去一二十年来,我们已经见过了很多为瘫痪病人或失去肢体的病人装备的不同类型的大脑植入设备,但这项技术仍然还是一项很新的技术,大部分的研究都是在实验里面进展缓慢,很少有能走出实验室并进入人们的家庭的成果。Ramsey 及其团队想要打造一款能够让用户在家里面使用的设备,而不需要医疗专家的持续监管。

  「不知怎的,它们从来没有实现突破而成为临床应用,」他告诉 CNN,「还没有人能让它在家里面工作。」

  该设备是通过外科手术植入大脑之中的,其带有两个安装在大脑皮层运动区的电极,用户可以通过它们控制运动。

  这些电极的确切位置是非常关键的——一个必须安装在大脑中负责右手运动的位置,另一个则会在你想要倒计数时开始工作。

  这些电极连接着安装在 de Bruijne 胸部的起搏器大小的发射器,发射器可以与她面前的计算机屏幕进行无线通信。

  当 de Bruijne 注视屏幕时,她会看到虚拟键盘上有一个可移动的光标,当光标移动到她想选择的字母上时,她必须想象右手点击了那个字母。

  

 

  脑机接口工作原理示意图

  当然,de Bruijne 无法使用她的右手,但她的大脑仍然可以发出运动的指令,而电极会收集这些信号,传递到发射器,然后传递到计算机和屏幕上。

  仅仅六个月的训练之后,de Bruijne 已经可以正常使用这套系统了,打字正确率已到 95%。

  

 

  系统设备示意图

  「使用该设备进行交流是一个缓慢的过程——即使拼出一个单词也要花上几分钟——但随着训练的进行,de Bruijne 拼写的速度越来越快。」Hamzelou 在报告中说道。

  「一开始,她需要花上五十多秒才能选中一个字母——现在她只需要花二十多秒时间了。」

  虽然有一些对于在病人体内植入机械的质疑声,但 de Bruijne 认为新系统正让她变得更加自信,更加乐于与人交流,特别是在自然光照强烈使眼部追踪设备失灵的情形下。

  「现在我已经可以在眼部追踪计算机不工作的时候出门与人交流了,」她告诉 Hamzelou,「我变得更加自信和独立。」

  当然,迄今为止,这个系统只在一名患者身上得到过测试,尽管这是一项巨大的突破,科研团队也正在将设备转移至 Bruijne 的家中,但它在下一个受邀患者身上可能就没那么成功了,我们对此只能保持谨慎的乐观。

  Ramsey 的下一个目标是通过增加电极来加快 de Bruijne 的交流速度。他希望在未来能够将这一系统发展成具有 30 到 60 个电极,可以更快地解码手语和内部语音。

  「那时你就可以拼写聋哑人的手语了。」他告诉 CNN,「这是我们的目标」。

  这项研究已在《New England Journal of Medicine》中发表。

  论文:在一个患有肌萎缩侧索硬化(ALS)的闭锁综合征患者中的完全植入式脑机接口(Fully Implanted Brain–Computer Interface in a Locked-In Patient with ALS)。

  

 

  对于患有严重瘫痪而失去了说话能力的病人而言,没有多少可以与外界进行交流的选择。我们描述了一种可被患有晚期肌萎缩侧索硬化(ALS)的病人用于交流的方法,该方法涉及到一种完全植入式的脑机接口(brain–computer interface),其包含了安装在大脑皮层运动区的膜下电极(subdural electrodes)和一个安装在胸部左侧皮下的发射器(transmitter)。通过尝试移动在植入的电极另一侧的手,该病人在被植入了电极 28 周之后,已经能够准确和独立地控制一个计算机打字程序了,差不多一分钟可以打出 2 个字母。这个脑机接口提供了一种自动化的通信方法,可以补充甚至有时候可以取代该病人的眼部追踪设备。

  参考文章:

  http://www.sciencealert.com/this-world-first-brain-implant-is-letting-a-locked-in-woman-communicate

  http://edition.cnn.com/2016/11/12/health/als-brain-implant-communication/

  https://www.newscientist.com/article/2112562-first-home-brain-implant-lets-locked-in-woman-communicate/

  本文由机器之心编译,转载请联系本公众号获得授权。

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