温迪在20岁时就被诊断出患有严重的疾病:幼年肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种侵袭性的神经退行性疾病,会破坏大脑和脊髓中的运动神经元

不到半年,温迪就完全瘫痪了。21岁时,她必须人工通气,并通过胃里的管子进食。更可怕的是,瘫痪逐渐席卷了温迪的全身,她意识到她正在迅速失去接触世界的途径。

最初,Wendy能够通过移动她的眼睛与她所爱的人沟通。但随着疾病的进展,即使是志愿的眼睛抽搐也受到她。2015年,仅仅三年后的诊断,温迪完全失去了沟通的能力 - 她完全是,不可逆转地困住了自己的心灵。

完全锁定综合征都是噩梦。处于这种状态的病人仍然保持完全清醒和敏锐的认知能力,但不能移动,也不能向外界发出他们精神上存在的信号。其后果可能是可怕的:当医生错误地将被锁住的病人视为昏迷状态,并决定拔掉插头时,病人无法进行干预。

现在,由于一个新系统这是一个由欧洲研究人员组成的国际团队开发的,温迪和其他像她一样的人可能最终获得了与外部世界的初步联系。该系统是一种便携式的脑机接口,将大脑活动转换成简单的回答是或否的问题,准确率约为70%。

这似乎还不够,但该系统代表了一线希望,也许有一天我们能够重新打开与这些患者可靠的沟通渠道。

“在短短10天内,患者就能够可靠地使用该系统,最终告诉他们的亲人不要担心——他们总体上很开心。”

这项研究对四个人进行了测试,其中一些人被锁了长达7年之久。在短短10天内,患者就能够可靠地使用该系统,最终告诉他们所爱的人不要担心——他们一般都很开心。

结果虽然不完美,但对他们的家人来说是“巨大的解脱”,研究负责人尼尔斯·Birbaumer博士Tübingen。这项研究是发表本周在杂志上公共科学图书馆生物学

突破

被剥夺了语言和其他接触途径的患者,总是求助于科技手段进行交流。

也许最着名的例子是物理学家斯蒂芬霍金,由于als,他们被部分锁定了。Hawking的解决方法是他通过抽搐他的脸颊肌肉来操作的语音合成器。Jean-Dominique Bauby是一个锁定在大规模行程之后被锁定的法国时尚杂志Elle的编辑,通过闪烁左眼来写一个整个备忘录,以从字母表中选择字母。

最近,脑机接口的快速发展让瘫痪患者越来越多地接触到世界——不仅仅是物理世界,还有数字世界。

这些设备通过植入患者大脑的电极直接读取脑电波,解码活动模式,并将其与指令联系起来,比如在屏幕上向左或向右移动电脑光标。这项技术非常可靠,瘫痪病人也可以甚至使用现成的平板电脑来做一些事情,只用他们的思想的力量。

近红外/脑电图脑机接口系统在模型上显示。图片来源:Wyss中心

但以上所有的解决方法都需要一个关键因素:患者必须控制至少一块肌肉——通常是脸颊或眼睑。像温迪这样完全封闭的人无法控制类似的脑机接口。这尤其令人困惑,因为这些系统不需要随意肌运动,因为它们直接从大脑读取信息。

针对完全锁定的患者的脑机接口的意外失败一直是该领域的主要绊脚石。尽管只是推测,Birbaumer认为这可能是因为随着时间的推移,大脑将想法转化为行动的效率变得越来越低。

“你想要的一切,你希望的一切都不会发生。”所以大脑学到的是意图不再有意义了。

第一次接触

在这项新研究中,Birbaumer彻底改变了普通的脑机接口设计,让大脑重新回到正轨。

首先是系统如何读取脑电波。一般来说,这是通过脑电图描记器它可以测量大脑的特定电活动模式。不幸的是,通常的解决方法行不通。

“我们使用神经电活动[eeg]工作了10年以上,没有与这些完全瘫痪的人联系,”Birbaumer。

Birbaumer向Singularity Hub解释说,这可能是因为电极必须被植入才能产生更准确的读数。188金宝搏app1.1.94但是手术给病人带来了额外的风险和费用。在一个有点绝望的尝试中,团队把他们的焦点转向了一种叫做功能近红外光谱(fNIRS)。

像功能磁共振成像一样,fNIRS通过测量流经大脑特定区域的血流变化来测量大脑活动——一般来说,血流越多,大脑就越活跃。fMRI要求患者静止地躺在一个巨大的磁铁中,而fNIRS则不同,它使用红外线来测量血液流动。光源被嵌入一个游泳帽状的装置,紧紧地戴在病人的头上。

为了训练该系统,该团队从患者容易回答的关于世界的事实和个人问题开始。在10天的疗程中,研究人员反复要求患者回答“是”或“不是”等问题,如“巴黎是德国的首都”或“你丈夫的名字是约阿希姆”。在整个训练期间,研究人员使用脑电图仔细监测病人的警觉性和注意力,以确保他们确实参与了手头的任务。

然后,这些答案被用于训练一个算法,该算法将他们的反应与各自的大脑激活模式相匹配。最终,该算法仅根据这些模式就能判断是或不是,单次试验的准确率约为70%。

“作者与完全闭锁的患者建立了交流,这是罕见的,以前没有被系统地证明过。”

“经过10年的尝试,我感到如释重负,”Birbaumer说。他说,如果这项研究能在更多的患者身上重复进行,我们可能最终会找到一种方法来恢复与这些患者的有效沟通添加在新闻发布会上。

“作者与完全闭锁的病人建立了交流,这是罕见的,以前没有被系统地证明过,”说沃尔夫冈Einhauser-Treyer博士到奇点188金宝搏app1.1.94枢纽。Einhäuser-treyer是德国Bielefeld University的教授,他们以前工作过测量学生的反应作为一种与闭锁患者沟通的手段,目前没有参与这项研究。

一般开心

经过更多的训练,该算法有望进一步改进。

目前,研究人员可以通过多次向患者询问同样的问题来消除错误。甚至在“可接受的”70%的准确率,该系统已经做到了允许被关起来的病人说出他们的想法——有点可爱的是,就像在现实生活中一样,答案可能相当出人意料。

一位61岁的男子患者之一被问到他的女儿是否应该嫁给她的男朋友。父亲说,没有一个醒目的九次 - 但是,除了她父亲的同时,女儿已经进入了这一点,他能够在他的新脑机界面的帮助下表达。

也许这项研究最温暖人心的结果是,患者对自己的生活总体上感到快乐和满意。

我们一开始很惊讶,Birbaumer。但仔细想想,这是有道理的。这四名患者尽管病情严重,但仍接受了通气以维持生命。

“在某种意义上,他们已经选择了生存,”Birbaumer。“如果我们可以在临床上广泛地提供这种技术,它可能对完全锁定综合征的人们的日常生活产生巨大影响。”

对于他的下一步,该团队希望将系统扩展到简单的是或否二元问题之外。相反,他们想让患者了解整个字母表,从而允许他们用脑电波拼写单词——这种方法已经在部分闭锁患者身上实现了,但在完全闭锁患者身上从未实现过。

“对我来说,这是一项非常令人印象深刻和重要的研究,”Einhäuser-Treyer说。缺点主要是经济上的。

“设备相当昂贵,不容易使用。因此,该领域面临的挑战将是将这种技术开发成一种负担得起的‘产品’,让医护人员、家庭或医生无需培训人员或广泛培训就能简单使用。”“为了患者及其家属的利益,我们希望有人能接受这个挑战。”

*患者在研究中被确定为“患者W”。温迪是个化名。

横幅图片来源:在上面

范雪来,神经科学家,科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑的过程中,她迷上了人工智能和所有的生物技术。毕业后,她搬到加州大学旧金山分校(UCSF)研究让衰老大脑恢复活力的血液因子。她是…

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