脑植入物让患有锁定综合症的人分享思想

他是第一个完全瘫痪的人,依靠BCI进行交流。

一个完全麻痹的人,称为完全锁定综合症,能够发送信息在收到大脑植入物后,给他的家人,他只用他的思想拼出句子。

他是第一个完全瘫痪的人大脑计算机界面(BCI)进行交流。

挑战:Locked-in syndrome is a rare disorder in which a patient is paralyzed, but also conscious and awake — they can see, hear, and think, but can’t voluntarily move any muscles other than the ones used to blink or move their eyes up and down.

有人全部的传统上,锁定综合症无法与外界进行交流。

患有锁定综合症的人依靠这种眼动进行交流 - 例如,他们可能会眨眼一次“是”或两次以“否”,或者使用眼睛跟踪的技术来通过查看屏幕上的字母来拼写单词。

有人全部的不过,锁定综合症甚至无法控制他们的眼睛。这意味着他们传统上无法与外界进行交流,甚至让人们知道他们仍然意识到和有能力思考。

请求:在2015年,一个现在被称为“患者K1”的人失去了由于快速发展的形式而失去了行走或交谈的能力ALS,一种神经退行性疾病。到2017年,他也开始失去控制眼睛运动的能力。

该男子预计完全锁定综合症是迫在眉睫的,他要求他的家人(在家照顾他)帮助他找到一种继续交流的方法。

他们联系了神经科学家Niels Birbaumer和神经技术学家Ujwal Chaudhary,他们当时在Tübingen大学工作。

“据我们所知,我们的研究是第一个无法保持自愿运动的人进行沟通的研究。”

乔纳斯·齐默尔曼(Jonas Zimmermann)

Birbaumer,Chaudhary及其在Wyss Bio和Neuroworkineering中心的合作者现已出版学习详细说明他们如何使用BCI让完全瘫痪的人只用他的思想与亲人交流。

“这项研究回答了一个长期存在的问题,即是否有完全锁定综合症的人……也失去了大脑产生沟通命令的能力,” Wyss中心神经科学家的合着者乔纳斯·齐默尔曼(Jonas Zimmermann)说。

他补充说:“我们的知识是,我们的研究是第一个没有剩下的自愿运动的人进行沟通的研究,因此BCI现在是沟通的唯一手段。”

研究:研究人员首先将两个小电极阵列植入与运动有关的部分大脑的部分。然后,他们要求他考虑在计算机上跟踪他的大脑活动时移动某些身体部位。

希望他们可能能够将某些大脑活动模式与男人的尝试运动联系起来。

如果是这样,他们可以使用它来创建一种交流形式 - 例如,如果他想回答“是”的问题,可以考虑移动左腿,例如,大脑活动将通过计算机。

但是,经过三个月的尝试,大脑活动仍然不够一致,因此研究人员决定尝试一些新的东西。

患者通过使用头脑来调整音调的音调来进行交流:“是”的更高,而“否”较低。

首先,他们建立了男人的BCI如果植入物附近的大脑神经元开始放慢速度,则听到的音调会变得更高。

然后,他们演奏了一种语气,并要求该男子尝试使用他能想到的任何策略来制作第二个语气(与他的BCI链接的语气)匹配其音高。在此过程中,他获得了有关第二种语调(如果有的话)的实时反馈。

如果他能以自己的思想操纵音调,那么计划就是要学会创建并保持高音,以说“是”,而低调说“否”。

突破:在尝试的第一天,病人能够改变他的语气 - 他告诉研究人员的钥匙是考虑动眼睛 - 到第12天,他可以与目标音调的音调相匹配。

研究人员将这种能力与大声朗读字母读取字母的系统联系起来,并通过他的“是”和“否”音调选择字母,病人能够阐明他的第一句话 - 要求重新定位的要求 - 大约一天21。

在明年,该男子阐明了数十个句子。有些人要求某些音乐或食物(“我想大声听专辑”和“现在是啤酒”),而另一些则是有关该专辑的信息。研究人员或他的家人(“男孩,毫不费力地工作”和“我爱我的酷儿子”)。

大局:该系统远非完美 - 该男子只能在研究中报告的135天中的44张阐明可理解的句子,在135天中的28天中,他与目标音调匹配的准确性小于80%。

他使用该设备的能力也随着时间的流逝而变得越来越糟 - 在电极手术后三年,他现在主要仅限于回答不是问题而不是阐明句子。

齐默尔曼(Zimmerman)表示,这可能是由于植入物周围的疤痕组织,从而降低了脑信号质量,可能是由于ALS的认知能力下降所致。

“这是一个很好的例子,说明如何将技术进步在BCI领域进行翻译以产生直接影响。”

乔治·库瓦斯

这也只是一个案例研究,这意味着很难说其他患有完全锁定综合症的人是否可以使用BCI进行交流。即使可以的话,乔杜里(Chaudhary)估计该系统的成本在头两年中接近500,000美元。

但是,除了所有这些警告之外,这项研究令人鼓舞,特别是考虑到该男子在家庭护理中使用该技术。

Wyss中心CTO George Kouvas说:“这对于与ALS的人们一起在医院环境之外照顾的人是重要的一步。”“这项技术使患者及其家人在自己的环境中受益匪浅,是一个很好的例子,说明如何将技术进步在BCI领域进行转化以产生直接影响。”

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