雙向腦機接口刺激大腦喚起觸覺 相關(guān)研究發(fā)表在《科學》

20日發(fā)表在《科學》雜志上的一篇論文中，美國匹茲堡大學康復神經(jīng)工程實驗室的生物工程師團隊描述了一種新的腦機接口技術(shù)應用，即如何通過增加大腦刺激來喚起觸覺，從而使操作者更容易操縱大腦控制的機械臂。這種腦機接口不僅依賴視覺，還模仿了觸覺，極大地提高了四肢癱瘓患者用腦控機械臂操縱物體的能力。

由腦機接口控制的假肢設備，可以從植入的電極測量與運動相關(guān)的大腦活動，并將其轉(zhuǎn)化為對機械臂的有意識控制，使一些癱瘓的用戶能夠恢復功能性運動。然而，腦機接口控制系統(tǒng)的使用是有限的，他們通常只依賴視覺線索，缺乏感覺到被抓住物體的關(guān)鍵感官反饋。

為了解決這個問題，研究人員在腦機接口上增加了一個傳入通道，以模擬手部皮膚的感覺輸入，從而形成了一個既能“讀”信息又能“寫”信息的系統(tǒng)。

這種雙向腦機接口可讀取大腦運動皮質(zhì)的神經(jīng)活動來控制機械臂。與此同時，機械手“皮膚”上的傳感器記錄了它所經(jīng)歷的機械力，通過皮層內(nèi)微模擬將它們傳輸回軀體感覺皮層，讓使用者感到觸覺感覺，就像是自己的真實知覺一樣。

這項研究的參與者內(nèi)森·科普蘭是一名28歲的男子。他在十年前的一場車禍后參加了一項有關(guān)感覺運動微電極腦機接口的測試，并在體內(nèi)植入了電極陣列。

此次，有了新的腦機接口后，通過電刺激提供觸覺反饋，他的一系列上肢評估的試驗時間大大縮短。這些評估涉及移動不同形狀的物體，例如將桌子右邊杯子里的紙片和塑料碎片倒進左邊的空杯子里。

在所有實驗任務中，與沒有提供觸覺反饋的腦機接口相比，他用機械臂抓住和轉(zhuǎn)移物體所需的時間減少了一半，時間中位數(shù)從20.9秒減少到10.2秒。

該研究的共同資深作者、匹茲堡大學物理醫(yī)學和康復系副教授羅伯特·岡特博士說：“即使恢復的是有限和不完美的感覺，人的表現(xiàn)也會有相當大的改善。要讓感覺更真實，把這項技術(shù)帶到人們家里，我們還有很長的路要走，但我們離再現(xiàn)大腦的正常輸入越近，這項技術(shù)就會越完善。”