双向脑机接口刺激大脑唤起触觉 提高瘫痪人士操作假肢能力

2021年05月21日08:42  来源:科技日报
 
原标题:双向脑机接口刺激大脑唤起触觉 提高瘫痪人士操作假肢能力

  20日发表在《科学》杂志上的一篇论文中,美国匹兹堡大学康复神经工程实验室的生物工程师团队描述了一种新的脑机接口技术应用,即如何通过增加大脑刺激来唤起触觉,从而使操作者更容易操纵大脑控制的机械臂。这种脑机接口不仅依赖视觉,还模仿了触觉,极大地提高了四肢瘫痪患者用脑控机械臂操纵物体的能力。

  由脑机接口控制的假肢设备,可以从植入的电极测量与运动相关的大脑活动,并将其转化为对机械臂的有意识控制,使一些瘫痪的用户能够恢复功能性运动。然而,脑机接口控制系统的使用是有限的,他们通常只依赖视觉线索,缺乏感觉到被抓住物体的关键感官反馈。

  为了解决这个问题,研究人员在脑机接口上增加了一个传入通道,以模拟手部皮肤的感觉输入,从而形成了一个既能“读”信息又能“写”信息的系统。

  这种双向脑机接口可读取大脑运动皮质的神经活动来控制机械臂。与此同时,机械手“皮肤”上的传感器记录了它所经历的机械力,通过皮层内微模拟将它们传输回躯体感觉皮层,让使用者感到触觉感觉,就像是自己的真实知觉一样。

  这项研究的参与者内森·科普兰是一名28岁的男子。他在十年前的一场车祸后参加了一项有关感觉运动微电极脑机接口的测试,并在体内植入了电极阵列。

  此次,有了新的脑机接口后,通过电刺激提供触觉反馈,他的一系列上肢评估的试验时间大大缩短。这些评估涉及移动不同形状的物体,例如将桌子右边杯子里的纸片和塑料碎片倒进左边的空杯子里。

  在所有实验任务中,与没有提供触觉反馈的脑机接口相比,他用机械臂抓住和转移物体所需的时间减少了一半,时间中位数从20.9秒减少到10.2秒。

  该研究的共同资深作者、匹兹堡大学物理医学和康复系副教授罗伯特·冈特博士说:“即使恢复的是有限和不完美的感觉,人的表现也会有相当大的改善。要让感觉更真实,把这项技术带到人们家里,我们还有很长的路要走,但我们离再现大脑的正常输入越近,这项技术就会越完善。”(张佳欣)

(责编:徐前、朱红霞)

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