新型支架狀電極允許人類思想操作計算機

點擊

上方“IEEE電氣電子工程師”即可訂閱公眾號。網羅全球科技前沿動態,為科研創業打開腦洞。

第一批接受“支架”的人類證明,傢用腦-計算機接口系統是可行的。

Illustration: Synchron

據悉,兩名患有神經肌肉疾病的澳大利亞人在他們的大腦中植入瞭支架狀的電極,使他們能夠利用自己的思想操作電腦,從而恢復瞭一些個人獨立性。

據發明者介紹,這是這種被稱為“stentrode”的裝置首次被植入人體。該系統還使腦-機接口(brain-computer interfaces,BCI)在現實世界中的使用變得更加可行 — 這種設備使大腦和計算機之間的直接通信變得更加可行。

近日,Neurointerventional Surgery雜志對這一研究成果進行瞭描述。“這篇論文代表瞭第一個完全植入式的商業BCI系統,病人可以帶回傢使用,”開發這種設備的墨爾本Synchron的創始人Tom Oxley說。

研究人員已經進行瞭超過15年的實驗來感知人腦活動並將其直接轉換成計算機命令。這些系統大多涉及開放性腦外科手術,並將硬件從頭部突出,以便在實驗室中對系統進行研究。這是高度實驗性的,隻有少數人做過。

Stentrode提供瞭一種將電極連接到大腦的侵入性較小的方法。這個裝置被擠進導管,放在頸部的頸靜脈裡。從那裡導管蜿蜒穿過血管,直到到達大腦的運動皮層。然後它釋放支架,支架上有16個電極接觸點,跳出一個管狀支架後,緊貼著大腦那一部分的血管壁。

支架由一根引線連接到一個外科植入胸腔的裝置上。該裝置提供電力和數據傳輸。外部設備使用機器學習算法解釋來自大腦的信號,並將其轉換為計算機命令。

在血管中的電極,而不是直接作用在腦組織上,會犧牲信號的質量。但這足以讓這兩位參與研究的參與者在禁用預測文字的情況下,每分鐘準確地輸入20個字符,並進行網上購物和銀行業務 — 所有這些都不需要舉手或使用語音命令。

Photo: Synchron
Graham Felsted has a stentrode implant. He is using the BCI to write his book, Technopathy for Beginners.

接受支架植入的兩名受試者患有肌萎縮側索硬化癥( amyotrophic lateral sclerosis,ALS),也稱為Lou Gehrig病。這種情況會導致肌肉失去控制並癱瘓。Graham Felstead表示,能夠遠程與妻子聯系並在電腦上高效工作“已經改變瞭他的生活” — 他是植入支架的兩名男子之一。

操作這個系統是很辛苦的。Felstead控制電腦的方法是擠壓右腿,其想法轉化為諸如左鍵單擊、右鍵單擊或縮放等命令一個單獨的眼睛跟蹤器可以讓他隨著眼睛的移動移動光標。Felstead輸入的第一句話是“我們需要更多咖啡。”目前,Felstead已經獨自使用瞭一年多瞭。

能夠在傢裡、實驗室外使用腦機接口系統,對這個新興的研究領域來說是一個巨大的飛躍。BrainGate聯合會和其他組織已經使用BCI使患有神經疾病和癱瘓的人能夠操作平板電腦,每分鐘鍵入8個單詞,並且隻使用他們的思想來控制假肢。但這些系統涉及到從頭骨突出的硬件,並被歸為實驗室設置。

Elon Musk曾在8月份表示,他的公司Neuralink已經制造瞭一種獨立的神經植入物,它可以無線傳輸詳細的大腦活動,而無需外部硬件的幫助。但Neuralink目前隻在豬身上展示瞭這種裝置。

Oxley說:“在我們把這個裝置植入人體之前,一切都是假設。Synchron下一步的行動之一是向美國食品和藥物管理局(Food and Drug Administration)申請在美國境內植入該裝置的許可。

推薦閱讀

研討會預告 | 如何通過IEEE開放獲取項目提升研究曝光率及影響力

11-23  IEEE 

“好奇號”發現瞭火星曾發生過史前大洪水的證據

12-01 Mariella Moon

便攜式太赫茲光源來瞭 瞭解一下

11-25 Charles Q. Choi

最新研發OLED技術 每英寸實現10000像素

11-18 Charles Q. Choi

點擊

閱讀原文

瞭解更多詳情