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[图文]高位截瘫病人用大脑控制机械臂
作者:翼飞    文章来源:腾讯科技    点击数:    更新时间:2015-5-28【字体:

[摘要]在大脑里植入芯片,可以控制机械手臂握手、玩石头剪子布、喝啤酒。

 

腾讯科技讯      13年前的一次枪伤让埃里克·索托(Erik Sorto)变成了高位截瘫病人,此后的十多年里,他的手脚都不受控制。但在3年前,科学家在他大脑里植入了芯片,从此他可以控制机械手臂握手、玩石头剪子布,还有喝啤酒。关于他的相关研究被登载在《科学》杂志上。

索托在加州理工学院发布的报道中说:“我希望能够自己喝啤酒——在我想喝啤酒的时候,我能够自如地拿起啤酒,而不用让别人帮忙递到我嘴边。我真的很怀念能够独立生活的日子。”

索托是2006年来少数几个大脑植入芯片,能够用大脑移动物体的瘫痪病人之一。第一位接受脑部芯片植入的是马修·内格尔(Matthew Nagle),他在手术之后能够使用大脑移动鼠标。从那时起,科学家们一直在努力完善这种芯片,以让其他瘫痪病人也受益。

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高位截瘫病人用大脑控制机械臂

今天的研究跟以往的大部分研究有一个很大的不同,那就是植入芯片的大脑区域不一样,而这可能会让病人更好地使用大脑控制物体。

在以往,科学家们着手于初级运动皮层,这部分大脑跟肌肉配合让我们完成各种动作,但是结果是病人的动作很急促。加州理工学院神经科学教授理查德·安德森(Richard Andersen)说导致这种情况的原因可能是人类的四肢有27种不同的动作方式。因此,他的团队选择了不同的大脑区域——后顶叶。初级运动皮层主要控制特定的肌肉运动,而后顶叶控制的是动作的规划。植入后顶叶的芯片会把拿起啤酒的意图转化成大脑能读取的信息,然后电脑计算出如何完成动作。

安德森说:“如果我们的芯片能够传达动作意图,我们就能实现平稳自然的动作。”索托第一次尝试控制机械臂是在接受手术后第16天,他通过机械臂跟研究人员握了手。“这是索托十年来第一次移动‘肢体’,这对他来说真是太好了。”

索托表示同意。他说:“我能这么容易地控制机械臂,这太让我吃惊了。我终于能够控制外界物体了,我真想跑出去跟每一个人击掌庆祝。”

由于还没有对这两种植入方式进行面对面的比较,目前尚不清楚大脑的哪个区域是植入芯片的最佳位置。西安大略大学生理学和药理学副教授安德鲁·普鲁辛斯基(Andrew Pruszynski)认为最好的办法是在这两个大脑区域都植入芯片,然后给病人安装上假肢。(普鲁辛斯基没有参与该研究,但他为这份研究写了评论。)通过这种方式,电脑能够得到关于意图和准确动作的信息,更加接近地模仿我们控制四肢的方式。

安德森说这种芯片植入手术还没有达到广泛推广的程度,这仍需等待时日。索托所植入的芯片需要通过几条线缆跟控制机械臂的电脑连接起来,这些线缆接入插在他的皮肤的插头上,这些插头容易引起感染。(安德森说索托还没有任何感染迹象。)最理想的情况是,植入的芯片通过无线连接到电脑上,但是由于从芯片传出的信息量很大,这个问题很难解决。

感染不是唯一让人担心的问题。这种芯片就像是插入大脑的微型图钉,这会伴随一些大脑损伤,一些接触点可能再也恢复不了了。而且,人的身体会腐蚀芯片,所以这些芯片要能够在很长一段时间保持稳定,每隔几年重新做一次手术是行不通的。

目前最重要的是从试验中获得反馈。目前,索托控制机械臂的时候需要一直看着,这个机械臂的动作精确度还不够理想。它的动作就像是你手麻的时候那样没有空间感和压力感。从索托身上获得的反馈对完善控制很有用,安德森领导的团队正在想办法让动作信息传给大脑,而不只是让大脑传出信息。

安德森的团队已经给其他两名病人植入了芯片,将会继续加深研究,他们希望能让机械臂把触感反馈给大脑。也许让大脑移动物体或者玩电子游戏的技术不会很快普及,但对索托那样的病人来说,这项技术不仅仅是让他喝到了啤酒那么简单,这项研究让他找到了生活的意义。索托说:“我离不开这个项目,这个项目也需要我。我很高兴能够为提高瘫痪病人的生活质量做一份贡献。”(翼飞)

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