患者T6刚到中年就开始失去肌肉功能。

一种才华横溢的音乐家,具有红色唇膏,T6被诊断为肌萎缩侧面硬化,一种渐进和不可阻挡的神经变性疾病,在控制运动的运动神经元中吃掉。言语和吞咽通常是第一个去的。在短短几年内,T6瘫痪并钩住呼吸机呼吸。

T6的故事可能就此结束。虽然现代神经技术已经让瘫痪病人拥有了用意念控制的机械四肢,甚至可以重新行走,但脑机接口还没能重新开启一个同样不可或缺的世界:这个数字世界给了我们电子邮件、谷歌、YouTube和所有相关的便利。

2012年,T6做出了一个改变她的故事的决定:她有一个微小的96通道微电极阵列,植入了大脑的电机区域。植入物几乎没有指纹的大小,但它成为了在线世界挂钩了她的思想和需求的临床。

本月,在一项开放获取的研究中出版于《公共科学图书馆•综合》一个研究小组报告称,这是首个大脑植入系统,可以让患者用自己的思想操纵现成的安卓平板电脑。

与前几代相比,这个系统不需要训练——比如学习在不同的非qwerty键盘上打字——也不需要专门的接口设备。

凭借她的想法,T6能够发送电子邮件,与试验中的其他瘫痪患者聊天,随机提问,甚至在亚马逊上购物。自从瘫痪以来,T6第一次重新获得了整个商业可用谷歌Play生态系统和数字世界。

“大脑之门”的实验

包括T6在内的三名患者入学均已注册多年试验监督“大脑之门”。BrainGate是一个由布朗大学(Brown University)、马萨诸塞总医院(Massachusetts General Hospital)、斯坦福大学(Stanford University)等机构的神经学家和工程师组成的多学科研究联盟,数十年来一直致力于帮助瘫痪患者恢复独立。

最初的成功几年前,BrainGate开发并验证了一种思想控制的打字系统,可以让瘫痪和闭锁的病人把他们的想法打印出来。对于那些没有其他交流方式的人来说,这改变了他们的生活。

然而,研究小组并不满足。虽然有效,但用户界面看起来像早期的DOS系统,没有直观的图形用户界面。也许更重要的是,文本处理只是我们数字世界的一小块。如果他们思考,我们可以将患者提供控制虚拟鼠标的能力,打开整个互联网和应用商店?

为了验证这一假设,他们招募了三名瘫痪患者,他们的运动皮层中都植入了微电极阵列。除了T6,还有一位51岁的非裔美国人渐冻人症患者T9和一位63岁的患者T5,他们由于脊髓损伤而失去了活动能力。

所有患者均配备有一个小矩形箱,外面的头骨持有必要的硬件。一个名为Neuroport的录音系统记录了电机皮质内的神经元组内的电气牢固。解码意图,将信号实时传递给运行定制软件以进行处理和解码的计算机。

最后,解码算法的输出无线发送到被编程为像蓝牙鼠标一样工作的蓝牙接口。使用标准协议,研究人员将蓝牙接口连接到谷歌Nexus 9.运行Android OS 5.1。

这就像重新编程你的智能手机作为你的电脑或平板电脑的鼠标,除了这个系统之外,你的想法可以控制鼠标的运动和点击。

每位患者为鼠标选择他或她自己的触发器。例如,患者T6会想象挤出她的左手,这产生了特定的神经激活模式,即界面可以拾取和破译单击鼠标。相比之下,T5的“Teotkinic”触发器弯曲左臂,而T9则为右手挤压。

平均而言,这个初始校准期大约两周,每天工作仅次十几分钟。“进一步减少该初始校准期的方法最近已经实施,”作者指出。

简单和自然

一旦BrainGate团队完成校准,他们就可以开始比赛了。

每个患者都得到了一台初始化到主屏幕上的平板电脑。首先,他们被要求使用新的大脑控制的“点击指向”超能力来执行一些常见的任务:他们使用Gmail应用程序查看和回复邮件,通过谷歌Hangouts互相聊天。他们查看天气预报,浏览新闻聚合器,在YouTube和Pandora上花了一些高质量的时间。

例如,T6在谷歌上查找“兰花护理”并拍摄了一名甜蜜的留言,以庆祝她的1,001天与团队一起庆祝:“感谢您的所有工作和支持。这项研究对我来说意义重大。“

总的来说,这些患者用多个应用程序在20分钟内完成了7项任务。在此过程中,团队没有发现任何关于解码器校准、蓝牙配对或应用程序崩溃的技术问题。

通过平板电脑的自动更正功能,患者可以每分钟键入13至30个字符,仅使用他们的想法。

当有“空闲”时间和平板电脑在一起时,T9用他的大脑播放信息和视频来解释他的疾病,肌萎石病——同时在后台播放他最喜欢的电台。他还打开了一个文字处理器,写下自己的想法,并写了一些有趣的文章。“(游戏邦注:界面)太棒了!他说,“这比我平时用的东西有了更多的控制权。”

最年长的T5仅凭自己的想法就成功地把他的第一条短信发给了他的朋友和家人。“我喜欢发信息。尤其是因为我可以注入一些幽默,”他后来告诉研究人员。

点击多个手势

对于系统允许的所有,它并不完美。目前,鼠标控件仅限于点并点击,这意味着患者无法单击并拖动或使用MultiTouch。这限制了他们在平板电脑上滚动一页的能力 - 这是一个明显的缺点。

“通过启用Android OS或第三方计划中发现的可访问性功能,”Braing的团队指出,“这些限制将被克服,但补充说,他们的目标是使用现成的股票用户界面检查用户可行性。

“通过更多的解码信号来扩展控制系统,利用更优化的键盘布局,探索可访问性特征,以及控制其他设备和操作系统,是未来研究的主题,”该团队说。

尽管存在这些缺点,但这项研究为瘫痪患者提供了一套庞大、成熟、具有行业规模的软件。

“很高兴看到我们的参与者通过我们要求他们执行的任务,但最令人满意的和有趣的部分研究的是当他们只是做了他们想要使用的应用程序,他们喜欢购物,观看视频或者与朋友聊天,”主要作者保罗Nuyujukian博士说。

初始诊断后几十年,T6可以再次播放音乐。

“在平板电脑上为她提供一个音乐键盘界面,就像从互联网上安装一个应用程序一样简单,”该团队指出。

“其中一位参与者在审判开始时告诉我们,她真正想做的一件事是再次播放音乐。所以要在数字键盘上看到她的戏剧很棒,“球队说。

图像信用:pedrorsfernandes/Shutterstock.com

Shelly Xuelai Fan是一个神经科学家转向科学作家。她在不列颠哥伦比亚省大学的神经科学中完成了博士学位,在那里她开发了新的神经变性治疗方法。在研究生物脑的同时,她对AI和所有东西都很着迷。毕业后,她搬到了UCSF,研究了恢复老年大脑的基于血液的因素。她是 ...

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