腦機接口使麻痹患者能夠控制平板電腦設備

平板電腦和其他移動計算設備是日常生活的一部分，但使用它們對于癱瘓的人來說可能很困難。BrainGate聯(lián)盟的新研究表明，腦機接口(BCI)可以讓癱瘓的人直接操作現(xiàn)成的平板設備，只需考慮光標移動和點擊。

在11月21日PLOS ONE上發(fā)表的一項研究中，三名患有四肢癱瘓的臨床試驗參與者，他們每個人都使用直接從位于運動皮層的小型傳感器記錄神經(jīng)活動的研究性BrainGate BCI，能夠瀏覽常用的平板電腦程序，包括電子郵件，聊天，音樂流媒體和視頻共享應用。與會者向家人，朋友，研究團隊成員及其參與者發(fā)送消息。他們在網(wǎng)上沖浪，檢查天氣并在網(wǎng)上購物。一位參與者，一位音樂家，在數(shù)碼鋼琴界面上播放了貝多芬的“歡樂頌”片段。

“多年來，BrainGate合作一直致力于開發(fā)神經(jīng)科學和神經(jīng)工程專業(yè)知識，使失去運動能力的人能夠通過考慮自己手臂或手的動作來控制外部設備，”Jaimie Henderson博士說。 ，該論文的高級作者和斯坦福大學的神經(jīng)外科醫(yī)生。“在這項研究中，我們利用了專業(yè)知識來恢復人們控制他們在疾病發(fā)作前使用的完全相同的日常技術的能力。很高興看到參與者表達自己或只是找到他們想要的歌曲聽到。”

研究BrainGate BCI包括嬰兒阿司匹林大小的植入物，可檢測與大腦運動皮層中產(chǎn)生的預期運動相關的信號。然后將這些信號解碼并路由到外部設備。BrainGate研究人員和使用類似技術的其他團體表明，該設備可以讓人們移動機器人手臂或重新控制自己的肢體，盡管已經(jīng)失去運動能力的疾病或受傷。這項研究包括來自布朗大學卡尼腦科學研究所，普羅維登斯退伍軍人事務醫(yī)療中心(PVAMC)，馬薩諸塞州綜合醫(yī)院(MGH)和斯坦福大學的科學家，工程師和醫(yī)生。

這項最新研究的兩名參與者由于肌萎縮側索硬化癥(ALS)而導致手臂和腿部運動無力或喪失，這是一種影響大腦和脊柱神經(jīng)控制運動的進行性疾病。第三名參與者因脊髓損傷而癱瘓。所有人都參加了旨在評估研究BrainGate系統(tǒng)的安全性和可行性的臨床試驗。

對于這項研究，來自BrainGate BCI的神經(jīng)信號被路由到配置為像無線鼠標一樣工作的藍牙接口。然后將虛擬鼠標與未經(jīng)修改的Google Nexus 9平板電腦配對。然后，參與者被要求執(zhí)行一系列任務，旨在了解他們能夠在各種常用應用程序中導航，并從應用程序移動到應用程序。參與者瀏覽流媒體服務中的音樂選擇，在YouTube上搜索視頻，滾動瀏覽新聞聚合器以及撰寫電子郵件和聊天。

該研究表明，參與者在使用各種應用程序時，每分鐘最多可以進行22次點擊選擇。在文本應用程序中，參與者可以使用標準電子郵件和文本界面每分鐘輸入多達30個有效字符。

研究指出，參與者報告發(fā)現(xiàn)界面直觀且有趣。有人說，“感覺比我記得使用鼠標的時間更自然。” 另一位報道稱“對此有更多的控制權，而不是我通常使用的”。

研究人員很高興看到參與者使用平板電腦界面快速探索他們的愛好和興趣。

“很高興看到我們的參與者完成了我們要求他們執(zhí)行的任務，但研究中最令人滿意和有趣的部分是他們剛剛做了他們想做的事情 - 使用他們喜歡的購物應用程序，觀看視頻或只是與朋友聊天，“主要作者，斯坦福大學生物工程師Paul Nuyujukian博士說。“其中一位參與者在試驗開始時告訴我們，她真正想要做的事情之一就是再次播放音樂。所以看她在數(shù)碼鍵盤上演奏真是太棒了。”

研究人員說，平板電腦設備完全不變，所有預裝的輔助功能軟件都關閉，這是研究的重要部分。

“目前可用的輔助技術雖然重要且有用，但它們在使用速度或界面靈活性方面都具有固有的局限性，”該論文的高級作者Krishna Shenoy說。斯坦福大學和霍華德休斯醫(yī)學研究所的電氣工程師和神經(jīng)科學家。“這很大程度上是因為可用的輸入信號有限。隨著BCI輸入的豐富，我們能夠在亞馬遜上購買兩個平板電腦，打開藍牙，參與者可以將它們與我們的研究BrainGate系統(tǒng)一起使用的盒子。“

研究人員表示，該研究還有可能在嚴重神經(jīng)功能缺損患者與其醫(yī)療保健提供者之間開辟重要的新溝通渠道。

“這對于那些無法說話的鎖定綜合癥患者恢復可靠，快速和豐富的溝通具有巨大的潛力，”Jose Albites Sanabria說道，他是布朗大學生物醫(yī)學工程專業(yè)的研究生。“這不僅可以提供與家人和朋友的更多互動，而且可以提供一個渠道，以更全面地描述與護理人員的持續(xù)健康問題。”

作為一名神經(jīng)科學家和實踐重癥監(jiān)護神經(jīng)病學家，資深作者，布朗大學，馬薩諸塞州綜合醫(yī)院和普羅維登斯VA醫(yī)學中心的Leigh Hochberg博士認為，本研究中所體現(xiàn)的BCI恢復能力具有巨大潛力。

“當我看到神經(jīng)重癥監(jiān)護室有人患有急性中風并且失去了移動或溝通的能力時，我想能夠說，'我很抱歉這已經(jīng)發(fā)生了，但我們“Hochberg說：”可以恢復你在發(fā)生這種情況之前使用你所使用的技術的能力，明天你就可以再次使用它們了。“而且我們越來越能夠告訴那些被診斷患有肌萎縮側索硬化癥的人，”即使我們繼續(xù)尋求治療方法，你也絕不會失去溝通的能力。這項工作是邁向這些目標的一步。“