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无线时代下的脑机接口,让瘫痪人士重获行动力

2021-04-02 17:24 前瞻网   

近来,脑机接口概念(Brain-computer interfaces, BCIs)大热。马斯克的初创公司Neuralink在今年2月实现了能通过脑机接口让猴子通过脑电波来玩游戏,并表示今年内或开展人体试验。3月,游戏公司米哈游与交大附属瑞金医院成立了“瑞金医院脑病中心米哈游联合实验室”,围绕脑机接口技术的开发与临床应用等研究课题开展合作。

脑机接口的应用性是如此之广,无论是医疗、教育、科研、还是娱乐等都拥有无限的应用可能。近日,美国BrainGate研究人员朝着完全植入皮质内脑计算机接口系统迈出的重要一步,在人体上实现了无线传送高带宽神经信号。

多年以来,临床试验中使用的研究性BCI都必须将有线电缆连接到脑部,从而对大脑中的传感信号进行解码。而现在,BrainGate的实验首次实现了大脑信号与计算机之间的无线高带宽传输。该系统能够以单神经元分辨率和全宽带保真度传输大脑信号,而无需将用户物理地束缚在解码系统上。传统电缆被最大尺寸约为2英寸,重量略超过1.5盎司的小型变送器所代替。该单元位于用户头部的顶部,并使用与有线系统相同的端口连接到大脑运动皮层内的电极阵列。

无线时代下的脑机接口,让瘫痪人士重获行动力

与大多数BCI研究需要的实验室环境相反,参与者各自在家里使用该系统进行试验。两位试验参与者分别是因脊髓损伤而瘫痪的35岁的男性和63岁的男性。在不受电缆束缚的情况下,参与者能够连续使用BCI长达24小时,从而为研究人员提供了包括参与者睡觉时在内的长期数据。

布朗的工程学教授,布朗卡尼脑科学研究所研究员,BrainGate临床试验负责人Leigh Hochberg说:“通过该系统,我们能够以几乎以前不可能的方式长时间在家中观察大脑活动。这将有助于我们更好地恢复瘫痪人士的沟通和移动本能。”

布朗大学工程学(研究)助理教授John Simeral说:“我们已经证明,这种无线系统在功能上可以达到BCI性能金标准的有线系统。”“信号的记录和发送都具有适当相似的保真度,这意味着我们可以使用与有线设备相同的解码算法。唯一的区别是人们不再需要与我们的设备进行物理上的连接,这为我们提供了新的可能性。”

这项研究是朝BCI研究的一个主要目标迈出的早期但重要的一步:一个完全可植入的皮质内系统,有助于恢复失去行动能力的人的独立性。虽然以前已经报道了带宽较低的无线设备,但这是第一个传输皮质内传感器记录的全部频谱信号的设备。这种高宽带无线信号使临床研究和基本的人类神经科学得以实现,而有线BCI则很难执行。

曾任职于斯坦福大学,现在是苹果公司的硬件工程师的研究合著者Sharlene Flesher表示,“随着该领域在保持辅助设备控制精度的同时努力减少传输带宽,这项研究可能是在较长的时间内(包括在实际的BCI使用期间)捕获皮质信号全范围的少数研究之一。”

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责任编辑: 4114RWL

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