有一天假肢會被人類思想所控制嗎

近二十年來，斯坦福大學(xué)電氣工程教授Krishna Shenoy 和他的神經(jīng)修復(fù)術(shù)轉(zhuǎn)化實驗室的神經(jīng)科學(xué)家 一直致力于植入式腦傳感器，使他們能夠記錄和破譯控制身體運動的神經(jīng)元的電活動。

長期目標：建立假肢，截肢者和癱瘓者可以控制他們的思想。

目前，分析神經(jīng)活動的過程耗時且費力。但是 在 神經(jīng)元雜志的一篇論文中，Shenoy和他的團隊表明，他們已經(jīng)建立了一種研究大腦電活動的簡單方法。他們的研究結(jié)果有朝一日可以打開超級緊湊，低功耗，潛在無線大腦傳感器的新時代，這將使思想控制的假肢得到更廣泛的應(yīng)用。

從本質(zhì)上講，團隊已經(jīng)規(guī)避了今天追蹤單個神經(jīng)元活動的艱苦過程，有利于解碼聚合中的神經(jīng)活動。每次神經(jīng)元發(fā)射時，它都會向下一個神經(jīng)元發(fā)送一個電信號 - 稱為“尖峰”。正是這種細胞間的交流將心靈中的觀念轉(zhuǎn)化為身體其他部位的肌肉收縮。“每個神經(jīng)元都有自己的電子指紋，沒有兩個是相同的，”Shenoy實驗室的博士后研究員，該論文的第一作者Eric Trautmann說。“我們花了很多時間來分離和研究個體神經(jīng)元的活動。”

神經(jīng)科學(xué)家將這個過程稱為“尖峰排序”，并且必須在每個實驗中對每個神經(jīng)元進行一次研究，這種努力每年耗費數(shù)千小時的研究人員時間，并且隨著科學(xué)家建造更大的植入物，這種努力將變得更加耗時。電極數(shù)量。實際上，研究人員估計傳感器將有1000個或更多的電極 - 從現(xiàn)在的100個開始 - 此時，每個實驗需要100個小時或更長時間的神經(jīng)科學(xué)家手動對尖峰進行分類。

為了記錄許多神經(jīng)元的活動而沒有尖峰分選的復(fù)雜性，研究人員從統(tǒng)計學(xué)中借鑒了一個理論，該理論表明即使在單個電極上記錄了幾個神經(jīng)元，它們也能揭示大腦活動的模式。然后他們通過實驗證明了他們的方法 他們使用了一種新型電極，用于拾取小鼠的大腦信號，并采用這種技術(shù)記錄恒河猴的大腦信號。他們同時記錄了數(shù)百個神經(jīng)元，并證明他們可以獲得猴子大腦活動的準確描述，而無需進行穗分類。

研究人員相信，他們的工作將最終導(dǎo)致神經(jīng)植入物使用更簡單的電子設(shè)備來跟蹤比以往更多的神經(jīng)元，并且也更準確地這樣做。關(guān)鍵是將復(fù)雜的新采樣算法與這些小電極相結(jié)合。到目前為止，這種小電極僅用于控制像計算機鼠標這樣的簡單設(shè)備。但是，將用于記錄腦信號的硬件與采樣算法相結(jié)合，創(chuàng)造了新的可能性。研究人員可能能夠通過大腦的較大部分部署小電極網(wǎng)絡(luò)，并使用算法對大量神經(jīng)元進行采樣。這可以提供足夠準確的大腦信號信息來控制能夠快速和精確運動的假肢手，例如投球或拉小提琴。

更好的是，Trautmann說，新的電極，加上采樣算法，最終應(yīng)該能夠記錄大腦活動，而無需今天需要的許多電線將信號從大腦傳送到任何計算機控制假體。無線功能將徹底解除當前解碼神經(jīng)元活動所需的龐大計算機用戶的需求。

“這項研究有一個充滿希望的信息，即大腦中的觀察活動比我們最初的預(yù)期更容易，”Shenoy，Hong Seh和Vivian WM Lim工程學(xué)教授以及該論文的高級作者說。