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脑机接口大突破!重度脊髓损伤患者首次恢复触觉

2020/4/24 9:41:51来源:新浪科技作者:图尔责编:远洋评论:

北京时间4月24日上午消息,据外媒报道,巴特尔研究中心和俄亥俄州立大学微克斯纳医学中心的一组研究人员近日在《细胞》杂志上发表文章称,他们可以使用脑机交互(BCI)系统,来恢复脊髓严重损伤的研究参与者的手部知觉。该技术利用几乎无法察觉的微小神经信号,通过人工知觉反馈增强后,再传递回参与者,从而极大地丰富运动功能。

“我们正在研究亚知觉接触活动,然后将其提升为有意识的感知,”巴特尔研究中心的首席研究科学家兼论文一作帕特里克·甘泽(Patrick Ganzer)说,“我们在研究过程中,看到了一些功能上的改善。当我们第一次恢复患者的触觉时,真的非常不可思议。”

参与研究的患者是一名28岁的男性,叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)。2010年,他在一次潜水事故中脊髓神经受损。自2014年以来,伯克哈特一直在与研究人员合作,参与一项名为NeuroLife的项目。该项目旨在恢复他右手手臂的功能。他们开发的设备通过皮肤上的电极系统和植入他运动皮层的微型计算机芯片进行工作。该装置可以通过有线方式,绕过受损的脊髓神经,将运动信号直接从大脑传递到肌肉,从而让伯克哈特可以充分控制自己的手臂和手,比如拿起咖啡杯、刷信用卡和玩吉他游戏。

“直到现在,由于缺乏知觉反馈,伊恩有时候还是会觉得自己的手不像自己的,”甘泽说,“除非密切关注自己的动作,不然他控制自己的手也有些困难,这非常需要集中注意力,因此也让简单的多任务几乎无法完成,比如边看电视边喝苏打水。”

研究人员同时发现,尽管伯克哈特的手上几乎没有知觉,但是当他们刺激他的皮肤时,仍有神经信号被传送到他的大脑——只不过信号太微弱,大脑无法感知罢了。甘泽解释说,即使像伯克哈特这样被认为是“临床上脊髓神经彻底损伤”的人,在他们体内,也几乎总会有几束神经纤维仍旧完好无损。发表与《细胞》上论文解释了,他们如何把这些信号增强到大脑可以感知的水平。

亚触摸信号通过触觉反馈人工地送回伯克哈特大脑。触觉反馈的常见例子是手机或游戏手柄的震动,以让用户有所感觉。新的系统可以把来自伯克哈特皮肤的亚触摸信号,通过他可以感知的人工触觉反馈,传导回他的大脑。

脑机交互系统的进步带来了三大重要改进。首先,它们让伯克哈特可以仅靠触摸就准确地识别物体:未来,这可以被用来在无法看见的情况下,寻找和捡起物体。其次,该系统也是第一个能够立即恢复运动和触觉的脑机交互系统,这种在运动过程中可以感知触觉的能力让他拥有更好的控制感,从而可以更快地做事情。最后,这些改进可以让脑机交互系统感应出,在处理一件物体或捡起一样东西的时候,需要施加多少压力——比如,轻轻地捡起容易压坏的塑料杯子,但是在拿起重物的时候多用点力。

研究人员的长期目标是开发一种在家庭环境下,也能像在实验室里同样有效的脑机交互系统。他们正在努力开发下一代方便穿脱的袖筒,其中包含所需的电极和传感器。他们也在努力开发一个可以使用平板而非计算机控制的系统,好让装置更轻巧便携。

伯克哈特说:“看到一台设备也可以发送让我控制双手的知觉信息,感觉非常奇妙。”

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关键词:脑机接口

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