科學家研究腦機介面使癱瘓患者能夠控制電腦設備

平板電腦和其他移動計算設備是日常生活的一部分，但使用它們對於癱瘓的人來說可能很困難。BrainGate *聯盟的最新研究表明，只需考慮製作游標移動和點擊，大腦 - 計算機界面（BCI）就可以使癱瘓的人直接操作現成的平板設備。

在11月21日PLOS ONE上發表的一項研究中，三名患有四肢癱瘓的臨床試驗參與者，他們每個人都使用直接從位於運動皮層的小型感測器記錄神經活動的研究性BrainGate BCI，能夠瀏覽常用的平板電腦程序，包括電子郵件，聊天，音樂流媒體和視頻共享應用。與會者向家人，朋友，研究團隊成員及其他參與者發送消息。他們在網上衝浪，檢查天氣並在網上購物。一位參與者，一位音樂家，在數碼鋼琴界面上播放了貝多芬的「歡樂頌」片段。

「多年來，BrainGate合作一直致力於開發神經科學和神經工程專業知識，使失去運動能力的人能夠通過考慮自己手臂或手的動作來控制外部設備，」Jaimie Henderson博士說。 ，該論文的高級作者和斯坦福大學的神經外科醫生。「在這項研究中，我們利用這些技術來恢復人們控制他們在疾病發作之前使用的完全相同的日常技術的能力。很高興看到參與者表達自己或只是找到他們想要的歌曲聽到。」

研究BrainGate BCI包括嬰兒阿司匹林大小的植入物，可檢測與大腦運動皮層中產生的預期運動相關的信號。然後將這些信號解碼並路由到外部設備。BrainGate研究人員和使用類似技術的其他團體表明，該設備可以讓人們移動機器人手臂或重新控制自己的肢體，儘管已經失去運動能力的疾病或受傷。這項研究包括來自布朗大學卡尼腦科學研究所，普羅維登斯退伍軍人事務醫療中心（PVAMC），馬薩諸塞州綜合醫院（MGH）和斯坦福大學的科學家，工程師和醫生。

這項最新研究中的兩名參與者由於肌萎縮側索硬化症（ALS）而導致手臂和腿部運動無力或喪失，這是一種影響大腦和脊柱中控制運動的神經的進行性疾病。第三名參與者因脊髓損傷而癱瘓。所有人都參加了旨在評估研究BrainGate系統的安全性和可行性的臨床試驗。

在這項研究中，來自BrainGate BCI的神經信號被路由到配置為像無線滑鼠一樣工作的藍牙介面。然後將虛擬滑鼠與未經修改的Google Nexus 9平板電腦配對。然後，參與者被要求執行一系列任務，旨在了解他們在各種常用應用程序中的導航能力，以及從應用程序移動到應用程序。參與者瀏覽流媒體服務中的音樂選擇，在YouTube上搜索視頻，滾動新聞聚合器以及撰寫電子郵件和聊天。

該研究表明，參與者在使用各種應用程序時，每分鐘最多可以進行22次點擊選擇。在文本應用程序中，參與者可以使用標準電子郵件和文本界面每分鐘輸入多達30個有效字元。

該研究指出，參與者報告發現界面直觀且有趣。有人說，「感覺比我記得使用滑鼠的時間更自然。」 另一位報道稱「對此有更多的控制權，而不是我通常使用的」。

研究人員很高興看到參與者使用平板電腦界面快速探索他們的愛好和興趣。

「很高興看到我們的參與者完成了我們要求他們執行的任務，但研究中最令人滿意和有趣的部分是他們剛剛做了他們想做的事情 - 使用他們喜歡購買的應用程序，觀看視頻或只是與朋友聊天，「主要作者，斯坦福大學生物工程師Paul Nuyujukian博士說。「其中一位參與者在試驗開始時告訴我們，她真正想做的事情之一就是再次播放音樂。所以看她在數碼鍵盤上演奏真是太棒了。」

研究人員說，平板電腦設備完全不變，所有預裝的輔助功能軟體都關閉，這是研究的重要部分。

「目前可用的輔助技術雖然重要且有用，但無論是使用速度還是界面的靈活性，都具有固有的局限性，」該論文的高級作者Krishna Shenoy說。斯坦福大學和霍華德休斯醫學研究所的電氣工程師和神經科學家。「這很大程度上是因為可用的輸入信號有限。隨著BCI輸入的豐富，我們能夠在亞馬遜上購買兩個平板電腦，打開藍牙，參與者可以將它們與我們的研究BrainGate系統一起使用的盒子。「

研究人員表示，該研究還有可能在嚴重神經功能缺損患者與其醫療保健提供者之間開闢重要的新溝通渠道。

「對於那些無法說話的鎖定綜合症患者來說，這具有恢復可靠，快速和豐富溝通的巨大潛力，」Jose Albites Sanabria說道，他是布朗大學生物醫學工程專業的研究生。「這不僅可以提供與家人和朋友的更多互動，而且可以提供一個渠道，更全面地描述與護理人員的持續健康問題。」

作為神經科學家和實踐重症監護神經病學家，布朗大學，馬薩諸塞州綜合醫院和普羅維登斯VA醫學中心的資深作者Leigh Hochberg博士認為，本研究中所體現的BCI恢復能力具有巨大潛力。

「當我看到神經重症監護室有人患有急性中風並且失去了移動或溝通的能力時，我想能夠說，"我很抱歉這已經發生了，但我們「Hochberg說：」可以恢復你在此之前使用你所使用的技術的能力，明天你就可以再次使用它們。「而且我們越來越接近能夠告訴被診斷患有肌萎縮側索硬化的人，」即使我們繼續尋求治療，你也永遠不會失去溝通的能力。這項工作是邁向這些目標的一步。「

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