96根电极每秒测量3万次,大脑植入物首次

大数据文摘出品来源：IEEE编译：lin年，一群神经科学家和工程师聚集在一起观看一个人玩电子游戏《吉他英雄》。他小心翼翼地握住简化的吉他界面，用右手的手指按下琴键按钮，左手敲击弹奏杆。这个平凡的游戏之所以如此出色的原因是，该名男子胸以下瘫痪了三年多，无法使用手做任何事。每一次他动手指弹音符时，他都是在演奏一曲自主权恢复的赞歌。他的动作不依赖于体内受损的脊髓。取而代之的是，他使用了一种称为神经旁路的技术来将他的意图变成行动。首先，大脑植入物在运动皮层中拾取神经信号，然后将其重新路由至运行机器学习算法的计算机，以对这些信号进行解密。最终，缠绕在他前臂上的电极将指令传达给了他的肌肉。本质上，他使用了一种人工神经系统。生物电子医学是一个相对较新的领域，研究人员在其中使用设备读取和调节人体神经系统内的电活动，为患者开创新疗法。这个小组的特殊任务是破解与运动和感觉有关的神经密码，以便开发新的方法来治疗全世界数以百万计的瘫痪患者，在美国，瘫痪患者就达到了万人。为此，首先需要了解来自大脑神经元的电信号如何与人体的动作相关，然后需要能正确“说”这种语言，并调节适当的神经通路，以恢复动作和触觉。在着手解决这个问题20多年之后，研究人员表示，他们才刚刚开始理解这个神秘代码的一些关键部分。整个团队包括电气工程师NikunjBhagat，神经科学家SantoshChandrasekaran和临床经理RichardRamdeo，他们正在使用这些信息来构建两种不同类型的合成神经系统。一种方法是使用大脑植入物对肢体瘫痪进行高保真控制，另一种则采用无创可穿戴技术，该技术可提供较不精确的控制，但具有无需脑部手术的好处。相对来说这项可穿戴技术也可能会在不久后推出给患者。瘫痪者首次使用脑植入物控制肌肉吉他英雄实验的参与者IanBurkhart瘫痪于年，当时他跳入海浪，并被推到了沙洲。撞击使他的脖子上的几个椎骨骨折并损坏了脊髓，使他从胸部中央向下全部瘫痪。他的受伤阻止了大脑产生的电信号沿神经向下传播，从而触发肌肉的动作。在他参加研究期间，技术帮助实现了他失去的功能。他的胜利——也包括刷信用卡和将水从瓶子倒入玻璃杯——是瘫痪者第一次使用脑植入物成功地控制了自己的肌肉。Burkhart使用的系统是实验性的，当研究结束时，他的新的自主权也结束了。研究的重点之一是，正在开发的无创可穿戴技术。该技术不需要植入大脑，因此瘫痪社区可以很快采用该技术。四肢瘫痪的人已经在使用该系统去抓住各种物体。研究人员正在努力将该非侵入性技术商业化，并希望在明年获得美国食品药品监督管理局的批准。这是短期目标。同时，他们还致力于实现双向神经旁路的长远愿景，它将使用大脑植入物来获取靠近信号源的信号，并从置于肢体上的传感器返回反馈。研究人员表示，他们希望这两套系统可以恢复运动和感觉，并且已经开始进行临床试验以测试这种方法，希望像Burkhart这样的人在瘫痪的双手上演奏音乐时能感觉到吉他。用机器学习解密神经代码瘫痪曾经被认为是一种永久性疾病。但是在过去的二十年中，在从大脑读取神经信号并使用电刺激为瘫痪的肌肉提供动力方面取得了显著进步。在年代初期，BrainGate财团开始进行具有开创性的工作，其中包括植入大脑的植入物，该植入物从大脑的运动区域拾取信号，并使用这些信号控制各种机器。早年，研究团队与该财团合作，开发了机器学习算法来解密神经代码。年，这些算法帮助一个因中风而瘫痪的妇女通过意念开动了轮椅。年，团队已使瘫痪的妇女能够使用机械臂拿起瓶子。同时，其他研究人员正在使用植入的电极刺激脊髓，使腿部瘫痪的人能够站起来甚至走路。研究小组一直在解决这个问题的两个方面：读取来自大脑的信号以及刺激肌肉，重点放在手上。在与BrainGate团队一起工作的那段时间里，有一次调查询问了脊髓损伤患者的首要任务。四肢瘫痪者回答说，他们的首要任务是恢复手臂和手的功能。机器人技术已部分满足了这一需求。可以通过操作一种市售的机器人手臂来控制轮椅，并且研究已经探索了通过脑植入物或头皮电极控制机器人手臂的方法。但是有些人仍然渴望使用自己的手臂。96根电极每秒活动3万次，只为“弯曲拇指”Burkhart在年接受媒体采访时，他说他宁愿不要在轮椅上安装机械臂，因为他觉得这会引起太多