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全球首例腦機連接實驗成功:讓癱瘓病人通過腦電波交流

2016-11-15
来源:澎湃新聞

  對於全球最知名的漸凍症患者霍金來說,荷蘭烏特勒支大學醫學院神經科學家的最新實驗,可能是他最願意聽到的福音。

  當地時間11月12日,荷蘭烏特勒支大學醫學院神經科學家和首席研究員Nick Ramsay在《New England Journal of Medicine》發表了自己的實驗論文。他將兩個電極安裝在患有肌萎縮側索硬化(ALS)症病人的大腦皮層運動區,從而讓患者能在完全不依賴任何形式的物理運動下,與外界交流。簡單來說,Ramsay實驗了一套思想讀取設備。

  “能成為第一個,我感覺很特別。”今年58歲的Hanneke de Bruijne在接受媒體採訪時說。

  

論文發表封面,圖片來自機器之心。

  2008年,Bruijne被檢查出患有肌萎縮側索硬化(ALS)。不久之後,她的神經細胞就完全萎縮了。在僅僅不到兩年的時間之內,她就從一個健康人變成了一個沒有呼吸機就不能呼吸的病人,她再也不能移動或說話了。在此之前,Bruijne借助的了一套眼球追蹤系統來與外界交流,該系統讓她可以選擇出現在電腦螢幕上的特定詞和字母來組成句子。但即使這種方法也可能無法長時間使用。因為ALS會讓患者逐漸失去運動能力乃至眼動能力。

  值得一提的是,英國著名物理學家霍金也是ALS患者之一,他對外交流的系統是通過面部肌肉控制的,他的研究生助理當時設計了一個稱之為“面部開關”的設備,安裝在眼鏡上,通過紅外光束對霍金面部表情進行識別。

  這樣一來,讓ALS患者在不依靠物理運動的情況下就能與外界交流,成為許多科學家的努力目標。

  思想讀取器

  “不知怎的,它們從來沒有實現突破而成為臨床應用。”Ramsay說,“還沒有人能讓它在家裡面工作。”

  儘管在過去一二十年,有許多科學家為癱瘓病人或失去肢體的病人,植入了不同類型的大腦植入設備,但這項技術仍然還是一項很新的技術,大部分的研究都是在實驗裡面進展緩慢,很少有能走出實驗室並進入人們的家庭的成果。

  Ramsay發表的論文稱,兩個帶有電極的設備是通過外科手術植入患者大腦之中的,安裝在大腦皮層運動區,患者可以通過它們控制運動。

  非常關鍵的一點是,兩個電極一個必須安裝在大腦中負責右手運動的位置。然後電極連接著安裝在Bruijne胸部的發射器,發射器可以與她面前的電腦螢幕進行無線通訊。

  

Ramsay系統示意圖。圖片來自機器之心

  當Bruijne注視螢幕時,她會看到虛擬鍵盤上有一個可移動的游標,當游標移動到她想選擇的字母上時,她必須想像右手點擊了那個字母。當然,Bruijne無法使用她的右手,但她的大腦仍然可以發出運動的指令,而電極會收集這些信號,傳遞到發射器,然後傳遞到電腦和螢幕上。

  

Ramsay系統的演示圖。圖片來自機器之心

  經過六個月的訓練之後,Bruijne已經可以正常使用這套系統了,打字正確率達到95%。打字速度也有所提高,從原先的50多秒才能選中一個字母,改進到現在只需要花20多秒時間了。

  硬幣的兩面性

  相對于直接在患者頭上帶腦電圖帽,Ramsay團隊的設備使用的電極放在大腦表面,頭骨之下,更不易被外人察覺。同時,相比于傳統用於治療帕金森病的大腦深度電擊,這套系統給病人帶來的刺激更少。

  最重要的是,系統更加簡單,適合患者在家庭使用。“這是一個非常簡單的系統,不需要任何花哨的電腦。”Ramsey說。

  “現在,即使我的眼球追蹤系統不能使用了,我還能與外界交流。這讓我感覺更自信,也變得更加獨立。”Bruijne說。

  但這個系統還沒有到完美的地步。首先,到目前為止,這個系統只在一名患者身上得到過測試。可能它在下一個受邀患者身上就沒那麼成功了,對於系統的效果只能保持謹慎和樂觀。其次,該裝置的缺點是不太可能用於更複雜的任務,例如控制機器人肢體。“你能得到的信息量有限。”英國紐卡斯爾大學的安德魯·傑克遜說。

  Ramsey的下一個目標是通過增加電極來加快Bruijne的交流速度。他希望在未來能夠將這一系統發展成具有30到60個電極,可以更快地解碼手語和內部語音。

  “通過合適的軟體,我們可以使用它來關閉電視,可以使用圖示來控制家裡的電器。你可以想像通過一個點擊做很多事情。”Ramsey說。

[责任编辑:肖静文]
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