脑机接口使麻痹患者能够控制平板电脑设备

平板电脑和其他移动计算设备是日常生活的一部分，但使用它们对于瘫痪的人来说可能很困难。BrainGate联盟的新研究表明，脑机接口(BCI)可以让瘫痪的人直接操作现成的平板设备，只需考虑光标移动和点击。

在11月21日PLOS ONE上发表的一项研究中，三名患有四肢瘫痪的临床试验参与者，他们每个人都使用直接从位于运动皮层的小型传感器记录神经活动的研究性BrainGate BCI，能够浏览常用的平板电脑程序，包括电子邮件，聊天，音乐流媒体和视频共享应用。与会者向家人，朋友，研究团队成员及其参与者发送消息。他们在网上冲浪，检查天气并在网上购物。一位参与者，一位音乐家，在数码钢琴界面上播放了贝多芬的“欢乐颂”片段。

“多年来，BrainGate合作一直致力于开发神经科学和神经工程专业知识，使失去运动能力的人能够通过考虑自己手臂或手的动作来控制外部设备，”Jaimie Henderson博士说。 ，该论文的高级作者和斯坦福大学的神经外科医生。“在这项研究中，我们利用了专业知识来恢复人们控制他们在疾病发作前使用的完全相同的日常技术的能力。很高兴看到参与者表达自己或只是找到他们想要的歌曲听到。”

研究BrainGate BCI包括婴儿阿司匹林大小的植入物，可检测与大脑运动皮层中产生的预期运动相关的信号。然后将这些信号解码并路由到外部设备。BrainGate研究人员和使用类似技术的其他团体表明，该设备可以让人们移动机器人手臂或重新控制自己的肢体，尽管已经失去运动能力的疾病或受伤。这项研究包括来自布朗大学卡尼脑科学研究所，普罗维登斯退伍军人事务医疗中心(PVAMC)，马萨诸塞州综合医院(MGH)和斯坦福大学的科学家，工程师和医生。

这项最新研究的两名参与者由于肌萎缩侧索硬化症(ALS)而导致手臂和腿部运动无力或丧失，这是一种影响大脑和脊柱神经控制运动的进行性疾病。第三名参与者因脊髓损伤而瘫痪。所有人都参加了旨在评估研究BrainGate系统的安全性和可行性的临床试验。

对于这项研究，来自BrainGate BCI的神经信号被路由到配置为像无线鼠标一样工作的蓝牙接口。然后将虚拟鼠标与未经修改的Google Nexus 9平板电脑配对。然后，参与者被要求执行一系列任务，旨在了解他们能够在各种常用应用程序中导航，并从应用程序移动到应用程序。参与者浏览流媒体服务中的音乐选择，在YouTube上搜索视频，滚动浏览新闻聚合器以及撰写电子邮件和聊天。

该研究表明，参与者在使用各种应用程序时，每分钟最多可以进行22次点击选择。在文本应用程序中，参与者可以使用标准电子邮件和文本界面每分钟输入多达30个有效字符。

研究指出，参与者报告发现界面直观且有趣。有人说，“感觉比我记得使用鼠标的时间更自然。” 另一位报道称“对此有更多的控制权，而不是我通常使用的”。

研究人员很高兴看到参与者使用平板电脑界面快速探索他们的爱好和兴趣。

“很高兴看到我们的参与者完成了我们要求他们执行的任务，但研究中最令人满意和有趣的部分是他们刚刚做了他们想做的事情 - 使用他们喜欢的购物应用程序，观看视频或只是与朋友聊天，“主要作者，斯坦福大学生物工程师Paul Nuyujukian博士说。“其中一位参与者在试验开始时告诉我们，她真正想要做的事情之一就是再次播放音乐。所以看她在数码键盘上演奏真是太棒了。”

研究人员说，平板电脑设备完全不变，所有预装的辅助功能软件都关闭，这是研究的重要部分。

“目前可用的辅助技术虽然重要且有用，但它们在使用速度或界面灵活性方面都具有固有的局限性，”该论文的高级作者Krishna Shenoy说。斯坦福大学和霍华德休斯医学研究所的电气工程师和神经科学家。“这很大程度上是因为可用的输入信号有限。随着BCI输入的丰富，我们能够在亚马逊上购买两个平板电脑，打开蓝牙，参与者可以将它们与我们的研究BrainGate系统一起使用的盒子。“

研究人员表示，该研究还有可能在严重神经功能缺损患者与其医疗保健提供者之间开辟重要的新沟通渠道。

“这对于那些无法说话的锁定综合症患者恢复可靠，快速和丰富的沟通具有巨大的潜力，”Jose Albites Sanabria说道，他是布朗大学生物医学工程专业的研究生。“这不仅可以提供与家人和朋友的更多互动，而且可以提供一个渠道，以更全面地描述与护理人员的持续健康问题。”

作为一名神经科学家和实践重症监护神经病学家，资深作者，布朗大学，马萨诸塞州综合医院和普罗维登斯VA医学中心的Leigh Hochberg博士认为，本研究中所体现的BCI恢复能力具有巨大潜力。

“当我看到神经重症监护室有人患有急性中风并且失去了移动或沟通的能力时，我想能够说，'我很抱歉这已经发生了，但我们“Hochberg说：”可以恢复你在发生这种情况之前使用你所使用的技术的能力，明天你就可以再次使用它们了。“而且我们越来越能够告诉那些被诊断患有肌萎缩侧索硬化症的人，”即使我们继续寻求治疗方法，你也绝不会失去沟通的能力。这项工作是迈向这些目标的一步。“