科學(xué)家們開發(fā)了一種腦機(jī)接口 (BCI)，旨在恢復(fù)脊髓損傷和神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS))患者的交流能力。該系統(tǒng)有可能比以前的 BCI 更快地工作，它通過利用我們擁有的最古老的通信方式之一——手寫來實(shí)現(xiàn)。

思想變成文字：兩個(gè)植入的電極陣列記錄了思考寫信時(shí)產(chǎn)生的大腦活動(dòng)。然后，這些信息由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)收集和處理，計(jì)算機(jī)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為屏幕上的文字。圖片來源：Shenoy 實(shí)驗(yàn)室和 Erika Woodrum(藝術(shù)家)

該研究發(fā)表在《 自然》雜志上，由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院通過推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)® (BRAIN) 計(jì)劃以及美國(guó)國(guó)立神經(jīng)疾病和中風(fēng)研究所 (NINDS) 和國(guó)立耳聾和其他交流障礙研究所資助的大腦研究(NIDCD)，都是 NIH 的一部分。

研究人員專注于大腦中負(fù)責(zé)精細(xì)運(yùn)動(dòng)的部分，并記錄了參與者嘗試手寫單個(gè)字母時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)。在這樣做時(shí)，在脊髓損傷后頸部以下癱瘓的參與者訓(xùn)練了機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)算法來識(shí)別代表單個(gè)字母的神經(jīng)模式。到目前為止，雖然在一名患者身上證明了這一概念，但該系統(tǒng)似乎比現(xiàn)有的通信 BCI 更準(zhǔn)確、更有效，并且可以幫助癱瘓患者快速打字，而無需用手。

“這項(xiàng)研究代表了 BCI 和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，這些技術(shù)正在解開人類大腦如何控制像通信這樣復(fù)雜的過程，”NIH BRAIN Initiative 主任 John Ngai 博士說。“這些知識(shí)為改善其他神經(jīng)損傷和疾病患者的生活提供了重要基礎(chǔ)。”

當(dāng)一個(gè)人因脊髓損傷而癱瘓時(shí)，控制運(yùn)動(dòng)的大腦部分仍然有效。這意味著，雖然參與者不能移動(dòng)他的手或手臂來書寫，但他的大腦仍然產(chǎn)生與預(yù)期運(yùn)動(dòng)相關(guān)的類似信號(hào)。類似的 BCI 系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)出來，通過機(jī)械臂等設(shè)備來恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。

研究合著者、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所 (HHMI) 研究員、Hong Seh 和 Vivian WM 的 Krishna Shenoy 博士說：“想想你一天中有多少時(shí)間花在電腦上或與他人交流。”斯坦福大學(xué) Lim 教授。“恢復(fù)失去獨(dú)立性的人與計(jì)算機(jī)和其他人互動(dòng)的能力非常重要，這就是將這樣的項(xiàng)目置于前沿和中心的原因。”

首先，參與者被要求復(fù)制屏幕上顯示的字母，其中包括 26 個(gè)小寫字母和一些標(biāo)點(diǎn)符號(hào)：“>”用作空格，“~”用作“句號(hào)” 。” 與此同時(shí)，植入的電極記錄了大約 200 個(gè)個(gè)體神經(jīng)元的大腦活動(dòng)，這些神經(jīng)元在他腦子里“寫”出每個(gè)角色時(shí)做出不同的反應(yīng)。經(jīng)過一系列訓(xùn)練后，BCI 的計(jì)算機(jī)算法學(xué)會(huì)了如何識(shí)別與單個(gè)字母對(duì)應(yīng)的神經(jīng)模式，讓參與者“寫”出以前沒有打印過的新句子，同時(shí)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示這些字母。

斯坦福大學(xué) HHMI 研究科學(xué)家和該研究的弗蘭克威利特博士說：“與現(xiàn)有的 BCI 相比，這種方法是一個(gè)顯著的改進(jìn)，這些 BCI 依賴于使用大腦移動(dòng)光標(biāo)在屏幕上“輸入”字詞。主要作者。“嘗試寫每個(gè)字母會(huì)在大腦中產(chǎn)生一種獨(dú)特的活動(dòng)模式，使計(jì)算機(jī)更容易以更高的準(zhǔn)確性和速度識(shí)別正在寫的內(nèi)容。”

使用該系統(tǒng)，參與者能夠以每分鐘約 90 個(gè)字符的速度撰寫句子并與他人交流，與在智能手機(jī)上打字的同齡人相當(dāng)。相比之下，“點(diǎn)擊式”界面每分鐘只能達(dá)到 40 個(gè)字符左右。

該系統(tǒng)還提供了一定程度的靈活性，這對(duì)于恢復(fù)通信至關(guān)重要。一些研究甚至嘗試了直接從思想到語音的 BCI，雖然很有希望，但目前受到來自大腦表面記錄的可能的限制，該記錄對(duì)數(shù)千個(gè)神經(jīng)元的反應(yīng)進(jìn)行平均。

“現(xiàn)在，其他研究人員在解碼語音時(shí)可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法獲得大約 50 個(gè)單詞的字典，”Shenoy 博士說。“通過使用手寫記錄來自數(shù)百個(gè)獨(dú)立神經(jīng)元的信息，我們可以寫出任何字母，從而寫出任何單詞，從而提供一個(gè)真正的‘開放詞匯’，可以在大多數(shù)生活情況下使用。”

對(duì)于因腦干中風(fēng)或晚期 ALS 而癱瘓或患有“閉鎖綜合征”的人來說，如果沒有技術(shù)干預(yù)，交流能力將在很大程度上甚至完全喪失。雖然是初步的，但這里正在開發(fā)的技術(shù)提供了幫助那些完全失去寫作和說話能力的人的潛力。

“溝通是我們?nèi)绾卧谏鐣?huì)中發(fā)揮作用的核心，”德巴拉 L，圖齊，醫(yī)學(xué)博士，碩士，工商管理碩士，NIDCD 主任說。“在當(dāng)今基于互聯(lián)網(wǎng)的通信世界中，有嚴(yán)重語言障礙和身體障礙的人可能面臨嚴(yán)重的溝通障礙，并可能面臨孤立。我們希望這些發(fā)現(xiàn)將鼓勵(lì)這種最新 BCI 技術(shù)的商業(yè)開發(fā)。”

未來，Shenoy 博士的團(tuán)隊(duì)打算在失去說話能力的患者身上測(cè)試該系統(tǒng)，例如患有晚期 ALS 的患者。此外，他們希望增加參與者可用的字符數(shù)(例如大寫字母和數(shù)字)。

這項(xiàng)名為BrainGate2的臨床試驗(yàn) 是國(guó)際公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)和醫(yī)院的合作，致力于推進(jìn)腦機(jī)接口技術(shù)，正在測(cè)試直接將人的大腦連接到計(jì)算機(jī)的 BCI 的安全性。該研究是 Shenoy 博士和斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)博士研究小組、醫(yī)學(xué)博士 Leigh Hochberg 和 Jaimie Henderson 之間的合作。來自布朗大學(xué)、馬薩諸塞州總醫(yī)院和普羅維登斯弗吉尼亞州，也是 BrainGate2 試驗(yàn)的贊助者-調(diào)查員。斯坦福大學(xué)的亨德森博士也進(jìn)行了手術(shù)以放置必要的電極。

“感謝 BrainGate 參與者的開拓精神，我們能夠獲得對(duì)人類大腦功能的新見解，這可能會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建系統(tǒng)來幫助其他癱瘓的人，”Hochberg 博士說。

　　免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場(chǎng)無關(guān)。財(cái)經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風(fēng)險(xiǎn)自擔(dān)。 如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除！