腦機(jī)接口使麻痹患者能夠控制平板電腦設(shè)備

平板電腦和其他移動(dòng)計(jì)算設(shè)備是日常生活的一部分，但使用它們對(duì)于癱瘓的人來(lái)說(shuō)可能很困難。BrainGate聯(lián)盟的新研究表明，腦機(jī)接口(BCI)可以讓癱瘓的人直接操作現(xiàn)成的平板設(shè)備，只需考慮光標(biāo)移動(dòng)和點(diǎn)擊。

在11月21日PLOS ONE上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，三名患有四肢癱瘓的臨床試驗(yàn)參與者，他們每個(gè)人都使用直接從位于運(yùn)動(dòng)皮層的小型傳感器記錄神經(jīng)活動(dòng)的研究性BrainGate BCI，能夠?yàn)g覽常用的平板電腦程序，包括電子郵件，聊天，音樂(lè)流媒體和視頻共享應(yīng)用。與會(huì)者向家人，朋友，研究團(tuán)隊(duì)成員及其參與者發(fā)送消息。他們?cè)诰W(wǎng)上沖浪，檢查天氣并在網(wǎng)上購(gòu)物。一位參與者，一位音樂(lè)家，在數(shù)碼鋼琴界面上播放了貝多芬的“歡樂(lè)頌”片段。

“多年來(lái)，BrainGate合作一直致力于開(kāi)發(fā)神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使失去運(yùn)動(dòng)能力的人能夠通過(guò)考慮自己手臂或手的動(dòng)作來(lái)控制外部設(shè)備，”Jaimie Henderson博士說(shuō)。 ，該論文的高級(jí)作者和斯坦福大學(xué)的神經(jīng)外科醫(yī)生。“在這項(xiàng)研究中，我們利用了專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)恢復(fù)人們控制他們?cè)诩膊“l(fā)作前使用的完全相同的日常技術(shù)的能力。很高興看到參與者表達(dá)自己或只是找到他們想要的歌曲聽(tīng)到。”

研究BrainGate BCI包括嬰兒阿司匹林大小的植入物，可檢測(cè)與大腦運(yùn)動(dòng)皮層中產(chǎn)生的預(yù)期運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信號(hào)。然后將這些信號(hào)解碼并路由到外部設(shè)備。BrainGate研究人員和使用類(lèi)似技術(shù)的其他團(tuán)體表明，該設(shè)備可以讓人們移動(dòng)機(jī)器人手臂或重新控制自己的肢體，盡管已經(jīng)失去運(yùn)動(dòng)能力的疾病或受傷。這項(xiàng)研究包括來(lái)自布朗大學(xué)卡尼腦科學(xué)研究所，普羅維登斯退伍軍人事務(wù)醫(yī)療中心(PVAMC)，馬薩諸塞州綜合醫(yī)院(MGH)和斯坦福大學(xué)的科學(xué)家，工程師和醫(yī)生。

這項(xiàng)最新研究的兩名參與者由于肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)而導(dǎo)致手臂和腿部運(yùn)動(dòng)無(wú)力或喪失，這是一種影響大腦和脊柱神經(jīng)控制運(yùn)動(dòng)的進(jìn)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(píng)估研究BrainGate系統(tǒng)的安全性和可行性的臨床試驗(yàn)。

對(duì)于這項(xiàng)研究，來(lái)自BrainGate BCI的神經(jīng)信號(hào)被路由到配置為像無(wú)線鼠標(biāo)一樣工作的藍(lán)牙接口。然后將虛擬鼠標(biāo)與未經(jīng)修改的Google Nexus 9平板電腦配對(duì)。然后，參與者被要求執(zhí)行一系列任務(wù)，旨在了解他們能夠在各種常用應(yīng)用程序中導(dǎo)航，并從應(yīng)用程序移動(dòng)到應(yīng)用程序。參與者瀏覽流媒體服務(wù)中的音樂(lè)選擇，在YouTube上搜索視頻，滾動(dòng)瀏覽新聞聚合器以及撰寫(xiě)電子郵件和聊天。

該研究表明，參與者在使用各種應(yīng)用程序時(shí)，每分鐘最多可以進(jìn)行22次點(diǎn)擊選擇。在文本應(yīng)用程序中，參與者可以使用標(biāo)準(zhǔn)電子郵件和文本界面每分鐘輸入多達(dá)30個(gè)有效字符。

研究指出，參與者報(bào)告發(fā)現(xiàn)界面直觀且有趣。有人說(shuō)，“感覺(jué)比我記得使用鼠標(biāo)的時(shí)間更自然。” 另一位報(bào)道稱(chēng)“對(duì)此有更多的控制權(quán)，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(ài)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(wù)，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(gòu)物應(yīng)用程序，觀看視頻或只是與朋友聊天，“主要作者，斯坦福大學(xué)生物工程師Paul Nuyujukian博士說(shuō)。“其中一位參與者在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)告訴我們，她真正想要做的事情之一就是再次播放音樂(lè)。所以看她在數(shù)碼鍵盤(pán)上演奏真是太棒了。”

研究人員說(shuō)，平板電腦設(shè)備完全不變，所有預(yù)裝的輔助功能軟件都關(guān)閉，這是研究的重要部分。

“目前可用的輔助技術(shù)雖然重要且有用，但它們?cè)谑褂盟俣然蚪缑骒`活性方面都具有固有的局限性，”該論文的高級(jí)作者Krishna Shenoy說(shuō)。斯坦福大學(xué)和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的電氣工程師和神經(jīng)科學(xué)家。“這很大程度上是因?yàn)榭捎玫妮斎胄盘?hào)有限。隨著B(niǎo)CI輸入的豐富，我們能夠在亞馬遜上購(gòu)買(mǎi)兩個(gè)平板電腦，打開(kāi)藍(lán)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(yán)重神經(jīng)功能缺損患者與其醫(yī)療保健提供者之間開(kāi)辟重要的新溝通渠道。

“這對(duì)于那些無(wú)法說(shuō)話的鎖定綜合癥患者恢復(fù)可靠，快速和豐富的溝通具有巨大的潛力，”Jose Albites Sanabria說(shuō)道，他是布朗大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的研究生。“這不僅可以提供與家人和朋友的更多互動(dòng)，而且可以提供一個(gè)渠道，以更全面地描述與護(hù)理人員的持續(xù)健康問(wèn)題。”

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

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