癱瘓人能用意念做事?這個器械厲害了!

2021-01-18 醫械最前線

如果有一天,我們只要在大腦上插一根電纜,就能像U盤一樣把知識傳輸進大腦;或者只需要一個意念就能改變現實。

聽起來是不是很像科幻電影?在科幻電影中,「人機合一」是一種嚮往,而現實中的科學家們,正在一步步地向其靠近。

最近,約翰斯·霍普金斯大學醫學院(JHM)和應用物理實驗室(APL)公開了一種將人工智慧,這是一項將機器人技術和腦機接口融合在一起的研究,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,在無需他人的幫助下吃下蛋糕。

還記得今年7月的時候,馬斯克的腦機接口公司Neuralink做的三隻小豬實驗嗎?他們在豬腦中植入晶片,可以讀取豬活動時的大腦信號波動。馬斯克當時在發布會上難掩激動,畢竟多年以來,馬斯克的實驗從老鼠,到猴子,再到豬,一步一步想要接近「入侵人腦」的夢想。

不過這一次,約翰斯·霍普金斯大學的研究人員已經先行一步。

世界雙邊植入腦機接口實驗

智能軟體將四肢癱瘓的人的餐具放在正確的位置,然後檢測他大腦兩側的信號並開始切割食物,完成後,將食物帶到嘴附近,他再次使用大腦信號將食物放到離嘴最近的位置,一口吃下去。

我們看到的過程可以用簡單幾句話來描述,但卻具有劃時代的意義,這是一次前所未有的進展,是雙邊植入腦機接口實驗。

約翰斯·霍普金斯大學醫學院的康復醫學研究小組成員Pablo Celnik博士表示:「類似的腦機接口研究,此前大部分集中控制一隻機械臂上,只從大腦的一側採集信號進行控制。」「同時控制兩個機械臂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,這意味著腦機接口可以實現更複雜的任務控制。」

癱瘓受試者的自述「10小時開顱手術,植入6個電極」

四肢癱瘓的殘障人士有多難,我們無法體會。

這位四肢癱瘓的人叫羅伯特·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。

但這次,他能夠利用意念控制機械臂拿起餐刀、餐叉切下一塊蛋糕,然後把蛋糕送到自己的口中。在對羅伯特的採訪視頻中他表示:「這種感覺簡直太棒了,非常有成就感,我希望還能用它做更多的事情」。

一切要從2019年說起,49歲的羅伯特在做了很久的心理建設後,同意與約翰·霍普金斯大學一起參與一項名字叫做「革命性假肢(RP)」的研究項目,並接受了10個小時的開顱手術,神經外科團隊將6個微電極陣列植入到他的大腦兩側,這些電極可以在大腦中保持多達五年,而對腦部或皮膚形成疤痕的風險最小。但是,像任何手術一樣,存在感染或出血的風險。

現在,手術後的研究已經進行了近兩年,達到了一個重要的裡程碑——他可以使用兩個機械臂來完成簡單的任務,生活的奇蹟終於發生了。

人機合一,不僅能讀取傳輸大腦信號,還能模擬感官

「人機合一」的實現,關鍵在於植入羅伯特大腦中的那6個微電極陣列,它們跟螞蟻差不多大,一半布置在運動皮層,一半在感覺皮層。

這些微電極陣列用於讀取運動信號並刺激感覺信號,從而繞過患者受損的脊髓。微電極陣列可以通過電線連接到機械臂或其他設備,允許來自大腦的神經信號向這些設備傳遞信號,反之亦然。

研究小組還開發了一種神經信號解碼器,一種可以讀取神經信號並將其轉化為運動的設備。這允許計算機讀取來自人類大腦運動皮層的信號,這些信號傳達了他們想要做什麼,然後計算機解碼這些信號並將其發送到機械臂,從而使人可以控制其運動,就像機械臂是他自己的手臂一樣。

你以為到這就結束了?不,到目前為止控制機械臂只能解決一半的問題。如果沒有感覺,參與者控制的實際上是兩條麻木的手臂。打個比方,當你感覺不到自己的手,你怎麼知道手放在那裡,又怎麼使用合適的力來撿起杯子?

植入到感覺皮層的那幾個微電極陣列解決了這個問題,它能夠讓癱瘓的人感覺到「觸摸」,達到模擬感官的效果,這意味參與者在控制機械臂操縱物體時,能夠感覺到觸摸,並準確定位機械臂的位置。

未來世界

羅伯特和約翰·霍普金斯大學的研究人員正在嘗試僅使用神經信號同時控制兩件事,例如同時控制輪椅和機械臂。

此外,關於對腦機接口的設想,約翰·霍普金斯大學的研究小組不僅僅停留在意念控制機械臂上。他們設想,未來可以使用神經信號來控制計算機的滑鼠,或者直接用意念控制智能家居。

現在看來,人腦被改造成「主機」的時代可能不遠了。

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