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29: 猴子、人类获得大脑驱动的假肢

探索大脑驱动的机器人设备如何通过尖端技术将思想转化为行动,从而为瘫痪者提供帮助。

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对猴子运动皮层的扫描是设计新型免手持计算机界面的基础。由 Kelsie Pejsa 提供

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二十多岁的马修·内格尔(Matthew Nagle)坐在电脑前。他跳过电子游戏,选择一个桌面图标来降低电视音量,然后打开一个绘图程序,在显示器上画了一个摇摇晃晃的圆圈。消磨时间?不,他在创造历史。内格尔颈部以下瘫痪,被困在轮椅上,他仅用思想控制电脑。

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十月,布朗大学神经科学家、Cyberkinetics 联合创始人约翰·多诺霍(John Donoghue)公布了他公司 BrainGate 系统的首次人体试验结果。一个植入内格尔运动皮层的小型传感器读取与手臂运动相关的神经信号,通过光纤电缆将其传输给处理器,处理器将思想转化为行动。一个有希望的结果是,内格尔很快掌握了打开和关闭机械手的操作。“他正在使用大脑中与现实世界断开连接的部分,”多诺霍说,他预见到有一天“你会与一个人握手,他会说,‘顺便说一下,我是四肢瘫痪者。我的大脑里有一个物理设备,它将信号绕过神经系统所有受损部分,重新引导回肌肉。’”

多诺霍的研究重点是源自运动皮层的信号,运动皮层是大脑中计算轨迹的部分——当你伸手去拿一杯水时,你的手可能采取的路径。七月,加州理工学院的神经科学家宣布,他们已经直接进入大脑中涉及计划和动机的神秘部分——在这种情况下,是在三只恒河猴身上。理查德·安德森(Richard Andersen)和他的加州理工学院同事训练猴子在不移动手臂的情况下将光标移动到视频屏幕上的目标,并发现预期的奖励越大(果汁而非水),神经信号就越强。

安德森说,对规划区域的研究很重要,因为该区域位于大脑深处,在许多瘫痪病例中可能没有受损。他还专注于使用意图(“我想要那杯水”)而不是特定的命令(“手向左移动,手张开,手闭合”)来移动光标。

这两个研究领域都为大脑驱动的机器人设备打开了大门,从电动轮椅到汽车。安德森说,长期潜力包括患者只需思考想说的词语即可激活的语音设备。“记录来自语音区域的思想可以消除使用笨重的字母板和耗时的拼写程序。”

多诺霍不认为这个快速发展的领域是一场赛马,而是一次协作冒险。最终,他说,运动与规划区域的研究将产生一系列互补的治疗方法。“社区自由地交流信息,”他说。“我们将不断改进。这里没有终点线。”

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