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研究人员使用脑机接口技术恢复受伤男子的触觉

时间:2020-05-15 16:16:05 来源:

尽管我们可能经常将触觉视为理所当然,但对于研究人员开发可恢复因脊髓损伤或疾病而瘫痪的人的肢体功能的技术的研究人员而言,重新建立触觉是该过程的重要组成部分。4月23日,在《细胞》杂志上,巴特尔大学和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心的一组研究人员报告说,他们已经能够使用脑计算机恢复严重脊髓损伤的研究参与者的手部的感觉。接口(BCI)系统。该技术利用了无法被察觉的微小神经信号,并通过将人工感觉反馈发送回参与者来增强神经信号,从而极大地丰富了运动功能。

Battelle首席研究科学家帕特里克·甘泽(Patrick Ganzer)是第一作者,他说:“我们正在采取知觉下的触摸事件,并将其提升为有意识的感知。”“当我们这样做时,我们看到了一些功能上的改进。这是我们第一次恢复参与者的触觉时的尤里卡时刻。”

这项研究的参与者是28岁的伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart),他在2010年的一次潜水事故中遭受了脊髓损伤。自2014年以来,伯克哈特一直与研究人员合作开展一个名为NeuroLife的项目,该项目旨在恢复他的功能。右臂他们开发的设备通过皮肤上的电极系统和植入其运动皮层的小型计算机芯片工作。这种设置使用电线将运动信号从大脑传递到肌肉,从而绕开了脊髓的伤害,使Burkhart可以充分控制自己的手臂和手来举起咖啡杯,刷信用卡和玩Guitar Hero。

甘泽说:“直到现在,由于缺乏感官反馈,伊恩有时仍觉得自己的手很陌生。”“除非他密切注意自己的动作,否则他也难以控制自己的手。这需要集中精力,并使简单的多任务处理(如在看电视时喝苏打水)几乎是不可能的。”

研究人员发现,尽管伯克哈特的手几乎没有感觉,但是当他们刺激他的皮肤时,一个神经信号(仍然很小,以至于他的大脑无法感知)仍在进入他的大脑。甘泽尔(Ganzer)解释说,即使在像Burkhart这样的被称为“临床上完全的”脊髓损伤的人中,也几乎总是有几束神经纤维保持完好无损。该细胞论文解释他们如何能够提高这些信号到大脑会回应的水平。

使用触觉反馈将知觉下的触摸信号人工发送回Burkhart。触觉反馈的常见示例是来自移动电话或游戏控制器的振动,使用户感到某些事情正在起作用。新系统允许来自Burkhart皮肤的知觉触摸信号通过他可以感知的人工触觉反馈传回他的大脑。

BCI系统的进步带来了三个重要的改进。它们使Burkhart能够仅靠触摸就能可靠地检测到某物:将来,它可能被用来查找和捡起一个看不见的物体。该系统也是第一个允许立即恢复运动和触摸的BCI,并且这种在运动过程中体验增强触摸的能力使他拥有更好的控制感,并使他可以更快地执行操作。最终,这些改进使BCI系统能够感应到在处理物体或捡起物体时要使用多少压力-例如,在捡起诸如泡沫聚苯乙烯杯之类的易碎物体时使用轻触,但在捡起物体时握紧力更强重。

标签: 脑机接口技术