世界首個雙邊植入腦機接口!四肢癱瘓者用意念吃蛋糕

2021-01-18 卓源科技

2020年8月,馬斯克的腦機接口公司曾向世界展示了在豬腦中植入晶片並讀取豬活動時的大腦信號波動。

如今,來自約翰斯·霍普金斯大學醫學院和該校應用物理實驗室的研究人員已把更強力的腦機接口技術用在了人身上。

他們將腦機接口技術應用在一位四肢癱瘓的人身上,讓他能夠用自己的「大腦意念」同時控制兩支機械臂,拿起餐刀、餐叉切下一塊蛋糕,然後把蛋糕送到自己的口中。

什麼是腦機接口?

所謂腦機接口,就是在大腦和假肢等外部設備之間建立一條直接傳輸大腦指令的通道,實現在脊髓及運動神經通路損壞但大腦皮層功能尚健全的情況下,腦部的信號也能通過計算機解讀,直接控制外部設備。

這一概念其實早已有之,但直到上世紀九十年代以後,才開始有階段性成果出現。

1999年,哈佛大學的Garrett Stanley試圖解碼貓的丘腦外側膝狀體內的神經元放電信息。

他們記錄了177個神經元的脈衝列,重建了向貓播放的八段視頻,可以看到可辨認的物體和場景。

2008年,匹茲堡大學神經生物學家宣稱利用腦機接口,猴子能用操縱機械臂給自己餵食。

2020年8月,馬斯克的腦機接口公司找來「三隻小豬」展示了可實際運作的腦機接口晶片和自動植入手術設備……

其實,用「大腦意念」控制機械臂在國內也早有案例。2020年1月,浙江大學對一名72歲四肢癱瘓老人,實施國內首例「腦機接口」臨床手術,單邊植入腦機接口,並取得了成功。

手術後,患者經過系統訓練,只要運用大腦運動皮層信號,就能控制機械手完成動作,他不僅可以握手,還能拿飲料、吃油條。

世界首個雙邊植入腦機接口,帶來全新進展

此次試驗卻不同於以往,採用了雙邊植入腦機接口,約翰斯·霍普金斯大學醫學院的物理醫學與康復主任、醫學博士帕布羅·塞爾尼克表示:「業界內類似的腦機接口研究,此前主要集中在一隻機械臂上,只從大腦的一側採集信號進行控制。」

因此,能夠同時控制兩個機械臂執行日常生活基本活動,再通過植入大腦的電極從大腦兩側檢測信號輸出,完成切割糕點並將其送到嘴裡的操作,是一次前所未有的進展,這意味著腦機接口可以實現更複雜的任務控制。

「同時控制兩個肢體的腦機接口系統是一個特別的挑戰,因為它並不是簡單的1+1=2的過程, 更像是試圖計算從大腦信號輸出,到雙臂操作流程的綜合信息。」研究組成員加布裡埃拉·坎塔雷羅說。

10小時開顱手術,植入6個電極

參與該實驗的患者叫羅伯特·克米勒維斯基,十幾歲的時候他酷愛衝浪,然而一次冒險中發生了事故,成為了脊髓損傷者的一員。此後的30多年來,他一直無法像正常人一樣生活,幾乎感覺不到自己的手和四肢。

大約兩年前,克米勒維斯基接受了霍普金斯大學團隊的邀請,參與到一項實驗。

2019年1月,克米勒維斯基接受了長達10小時的腦部手術,外科醫生打開他的頭骨,在他的大腦兩側植入了6個電極陣列(MEA),一半布置在運動皮層,一半在感覺皮層。

它們的大小分別跟螞蟻的大小差不多,並能通過細電線將它們連接到一個複雜的計算機系統來完成腦信號的採集和計算,這些電極可以在大腦中保持多達五年。

剛接好的腦機接口系統,並不能很快就可以進行雙機械臂操作,做完手術後的克米勒維斯基在隨後的幾個月內,開始通過APL開發的腦機界面,學習同時控制兩個假肢的方法。歷時9個月的訓練,克米勒維斯基才自己吃到了蛋糕,生活的奇蹟也終於發生了。

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