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鼓掌!全球首个通过脑机接口恢复触觉的患者诞生

  通过电脑来恢复一个失去知觉的患者重新恢复触觉,直接用手拿咖啡杯实现了。

  据BVS获悉,巴特尔纪念研究所 (Battelle)和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心的科研团队发布最新研究成果,他们使用脑计算机接口(brain-computer interface,以下简称“BCI”)系统进行人体实验,在经过反复验证后,最终,科研人员成功帮助严重脊髓损伤患者的恢复了手部触觉功能。在不需要借助自身手臂力量的情况下,可让脊髓损伤患者直接手拿咖啡杯,轻松实现“打开房门把手”等动作。

  据悉,该研究成果刚刚发表在生命科学期刊《Cell》(细胞)杂志上。

  Battelle首席科学家帕特里克·甘泽(Patrick Ganzer)通过邮件方式对BVS表示,这是全球首个利用脑机接口直接恢复触觉的人体实验研究。新的研究成果表明,脑机接口技术可以帮助患有严重脊髓损伤的人(参与者)恢复运动和触觉功能。

全球首个通过脑机接口恢复触觉的患者诞生

  伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)在进行脑机接口实验

  与在小鼠等动物上进行脑机接口实验不同,Battelle团队更进一步,他们直接在人体中进行相关实验,最终获得成果。

  参与这项人体实验的患者是28岁的伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart),他患有严重的脊髓损伤。2010年,伯克哈特在度假中因潜水事故而折断了腰椎,胸部以下瘫痪,手笔没有任何知觉。出事之后,伯克哈特一直瘫痪在病床上无法活动,需要在他人照顾下生活。

  2014年,伯克哈特参与了Battelle团队发起的一个NeuroLife脑机实验项目。该项目旨在利用BCI实验,来恢复脊髓损伤患者体内的意识感知功能,希望让伯克哈特恢复瘫痪之前的美好时光。

  实际上,在该项目成立两年后的2016年,Battelle科研团队已经利用BCI技术,让伯克哈特通过“意念操控”的方式来抓住实物。

  这在当时引起了巨大轰动,相关成果也发表在知名科学期刊《Nature》(自然)杂志上,是全球首份脑机接口实验研究。

  当时的科研人员,首次利用植入式脑机接口,让伯克哈特通过“意念操控”方式来抓住实物。他们绕开了脊髓部位,直接用脑机接口方式刺激其肌肉,以所需的方式进行移动,最终让伯克哈特能够完成打开门把手等日常动作。

  值得一提的是,这一研究成果今年在国内也已经实现。1月16日,浙江大学对外宣布了“双脑计划”科研成果,植入电极的志愿者可以利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手实现三维空间的运动。

全球首个通过脑机接口恢复触觉的患者诞生

  相比于Battelle于2016年发表的科研成果,如图所示,浙大的实验使用了机械臂,更好的让患者进食。

  不过,甘泽表示,尽管当时用“意念方式来操控大脑动作”的想法是非常不错的,也是可行性实验,但是,这一研究对于患者伤害是比较大的。“由于缺乏感官反馈,伯克哈特至今都觉得自己的手很陌生。”

  甘泽认为,触感对于严重脊髓损伤患者来说,是十分重要的,因为触摸感或让患者不再长期使用脑机接口做动作,而是逐渐脱离机器束缚,使用模拟训练方式,恢复到脊髓损伤之前的状态,或和正常人一样做日常动作。

  因此,与2016年所发表的内容不同,本次发表的实验成果,是要去成功恢复患者的手部触觉功能,在不需要借助自身手臂力量的情况下,可让脊髓损伤患者直接完成动作。

  那么,他们究竟是如何做到帮助患者不用“意念”,直接手拿咖啡杯的?

  甘泽表示,在经历多次实验之后,科研团队惊奇的发现,伯克哈特大脑内竟然有微弱的神经信号。

  最终,他们利用BCI系统,实时记录伯克哈特大脑内活动情况,发送至计算机,然后利用算法对信息解密,把这一微弱神经信号放大,并将信息传递到他手臂上,激活伯克哈特的手部意识触觉。而在伯克哈特前臂位置,他们在装了一个脑机反馈电极套,利用电脉冲技术来触发伯克哈特的肌肉收缩,帮助他完成大脑中所想到的手部动作,比如直接举起咖啡杯、刷信用卡、打开房门把手等日常动作。

  一般来说,当一个人想要移动他们的手臂(手指)时,这个动作会在大脑内会发出一个信号,在产生意识下,通过脊椎触及到他们的手,从而完成移动手指的动作。

  但Battelle团队的实验,更多的是用脑机接口方式替代脑内的信号强弱反馈。从某种意义上说,计算机的作用就像翻译器一样,将信息从大脑传递到伯克哈特的肌肉。

  甘泽表示,在这项新研究中,伯克哈特除了能更快地操纵和手握物体之外,他对自己“正在控制手部”的感觉也得到了增强。

  甘泽说,未来团队将长期开发一种便捷的BCI系统,包含所需的电极和传感器,部署到实验室以外的地方进行使用。并且,这一系统会通过平板电脑控制,算法更加易于使用。也会作为医疗设备,在通过审批之后落地生产。

  当被问及该研究是否有遗憾的时候,甘泽表示,目前该实验已接近尾声,只是参与者较少,大都是与伯克哈特一样的严重脊髓损伤患者,未来,他们将扩大参与者范围进行同等实验,通过在人群中的广泛实验来最终验证BCI系统是否可以普惠到更多的患者。

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