脑内植入芯片可唤醒瘫痪的四肢

2014-01-16 09:54:20来源: tech2ipo

    一名瘫痪在床的男子将在年内接受手术,医生将在他的脑内植入一块能够激活四肢肌肉活动激动的芯片。医生通过最新的技术来截获病人大脑中的信号,并通过这个芯片中的精密电子网络算法来重算,将计算结果发给瘫痪的肢体的肌肉,使其重获活动的能力。

    该试验手术将由凯斯西储大学的科研人员进行,他们所用的脑计算机界面(BCI,Brain Computer Interface ) 由美国布朗大学和美国麻省总医院共同研发。在之前的研究中,病人是用脑计算机界面已经能够成功地控制电脑中的光标或者机械手臂。

    研究人员在接下来的手术中就是要使用相似的技术,来让病人控制已经瘫痪的四肢,这项技术被称作“功能电刺激”(FES,Functional Electrical Stimulation)。它可以一次性给 18 块手臂或腿上的肌肉发送电讯号,完成一系列动作,诸如进食、擦鼻子等。

    华盛顿大学的神经科学家 Daniel Moran 说:“这是首次将人与使用 BCI 技术的 FES 设备相连接。他们把整个系统放在了一起。”据了解,该手术将在今年或者明年内完成。

    肌肉激活技术早在很久之前就已经在瘫痪的病人身上进行过测试。许多病人在该技术的帮助下可以用手指来按下按钮,也有人能够站立或者借助拐杖走路。如果病人无法控制自己的双手,这一技术可以使用他控制手臂、脖子、脸颊的大脑信号来激活手部活动。这项新技术用的就是大脑自己的信号来控制其他肌肉。

    这一新设备的核心就是大脑植入体,研究人员在大脑控制手部运动的区域“运动皮质”之下 1.5mm 处放入由 96 个电极组成的长约 4mm 的探针。该植入体可以记下病人想要运动时大脑发出的电信号。

    在准备正式手术之前,研究人员最近用脑芯片成功地控制了虚拟的肌肉。他们本次临床试验的代号为 BrainGate2(大脑之门 2)。该项目的首席调查员、凯斯西储大学的生物医学工程主席 Robert Kirsch 说:“病人在脑海中想象‘往右、往上动’,芯片中的控制器就可以给正确的肌肉发送正确的动作指令。”

    当前版本的植入芯片模型一共可以控制 29 块肌肉,可分为 138 个肌肉元素,总计 11 个节点。在他们之前的试验中,瘫痪病人用眼睛看着电脑画面中的虚拟手臂,用脑袋去想象着控制手臂,画面上的手臂成功地根据病人的思维移动到了制定的红色区域内。

    麻省总医院的神经学家、布朗大学工程学副教授 Legh Hochberg 说,这一实验室非常重要的里程碑。他说,最近在猴子身上的成功实验为我们在人体身上做实验提供了不小的动力。

    但即便这个实验成功,重唤肢体机能之后四肢并不能为病人提供触觉。在凯斯西储大学的另外一个实验小组中,研究人员正测试一个为病人提供触觉的反馈系统。理论上来说,感觉反馈系统也可以直接在大脑中进行处理。

    神经科学家也在抓紧研制更好的大脑植入体。当前的界面只能收集部分动作和动作方向,下一版本将收集更多肌肉运动指令,虽然很具挑战但却可以实现还原更多真实的动作。未来还将实现无线数据传递,利用颅骨传导器来无线连接处理设备和大脑,让外置的设备来更快地读取、分析大脑信号。

关键字:脑内植入芯片

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/0116/article_29762.html
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