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教学研究

通过脑机接口 瘫痪病人用意念控制平板电脑

 

             【大纪元2018年12月08日讯】

(大纪元记者晨曦编译报导)平板电脑和其它移动设备早已成为人们日常生活的重要组成部分,但对四肢瘫痪的病人而言,正常使用它们都成了遥不可及的梦想。不过,据sciencebulletin.org网站报导,美国BrainGate集团近期开发了一种新的脑机接口(BCI)技术,可以让瘫痪病人直接用意念移动及点击鼠标,从而随心所欲地使用普通平板电脑做自己喜欢的事情。

在今年十一月《公共科学图书馆期刊》(PLOS ONE)上发表的这项研究中,三名四肢瘫痪的病人参与了临床试验。患者们使用了研究性的BrainGate BCI,这种BCI能直接从位于运动皮层的小型传感器记录神经活动。

试验证实,三名患者都能够浏览常用的平板电脑程序,如电子邮件、聊天、音乐网站和视频共享等,而且还能向家人、朋友、研究人员等发送消息。他们在网上冲浪、购物并查看天气,其中一位曾是音乐家的患者甚至还在虚拟数码钢琴上演奏了一段贝多芬的《欢乐颂》。而这一切都是通过用意念控制鼠标完成的。

“多年来,BrainGate集团一直致力于开发神经科学和神经工程专业技术,使失去运动能力的人能够通过想像自己手臂或手的动作来控制外部设备,”该论文的高级作者、斯坦福大学神经外科医生Jaimie Henderson博士表示。他们利用这项技术来恢复人们对平板电脑的控制能力,而且与患者在瘫痪前对电脑的日常操作完全相同。

另据newatlas.com网站报导,该BrainGate BCI系统的核心是一个被植入用户大脑运动皮层中的硅芯片,与婴儿用阿司匹林大小相当。该芯片使用100个集成电极,可探测到单个神经细胞的脑电活动。这些电信号被传送到电脑,电脑再使用先前已经学会的算法来识别与执行特定任务的意念相关联的特定活动模式。最后,电脑向受控设备发送相关命令。

在本次研究中,来自BrainGate BCI的神经信号被传递至相当于无线鼠标的蓝牙接口,该虚拟鼠标与普通Google Nexus 9平板电脑配对。参与者随后被要求执行一系列任务,以展示其对各种常用应用程序的使用能力以及在各程序之间的转换能力。他们浏览了媒体中的音乐选项、在YouTube上搜索视频、滚动新闻聚合器、撰写电子邮件并与人聊天。

研究显示,患者们在使用应用程序时每分钟最多可进行22次鼠标点击。在文本应用程序的标准电子邮件和文本界面中,他们每分钟可输入多达30个有效字符。

参与试验的三名患者都认为这一接口直观且有趣,其中一人还表示:“这比我记忆中使用鼠标感觉还更加自然。”看到四肢瘫痪的病人能自如地使用平板电脑,研究人员也颇感高兴。

 

研究人员表示,他们的成果或许能在严重神经功能缺损患者与其医疗保健人员之间开辟一个重要的沟通渠道。而且,对于患有闭锁综合症的病人来说,该BCI还能让他们恢复与家人、朋友及医生们之间的及时可靠的沟通。。