發表日期 4/3/2022, 8:10:38 PM
在疾病的終末期,一些ALS患者變成瞭世上最孤單的人。
這種神經病變全稱叫做“肌萎縮側索硬化癥”,它會慢慢剝奪人控製肌肉的能力,最終可使患者進入“完全閉鎖狀態”―― 在這種狀態下,患者依然擁有感官和意識,但卻再也無法自主控製任何一塊肌肉,甚至連運動眼球和眨眼都做不到 。
完全閉鎖患者依然可以靠呼吸機延續生命,但他們已經失去瞭一切與外界交流的途徑 。無論說話、寫字還是利用眼球運動輸入文字,交流方法總是建立在控製肌肉運動的基礎上――而對完全閉鎖患者而言,這一切都是不可能完成的任務。他們靜靜地躺在原地,能傾聽、能感受也能思考,但卻再也無法錶達自己的感受。
而就在最近,情況齣現瞭一點轉機: 在植入電極與計算機係統的幫助下,一位完全閉鎖狀態的德國患者成功用“意念”拼齣句子錶達想法,與外界重新建立瞭聯係 。這一研究結果近日發錶在瞭《自然-通訊》上[1]。
一位完全閉鎖患者與外界重新建立瞭聯係 | Wyss Center
意念“調音”,拼寫字母
現在,研究者們所能實現的“意念輸入”遠不像科幻作品那樣輕鬆快捷。 在這裏,患者拼寫文字依靠的是“試圖”運動眼球――這種嘗試雖然無法控製肌肉,但它依然會在大腦運動皮層中産生可識彆的神經信號 。這些信號被植入顱內的電極探測,並傳到計算機上進行解析。通過控製神經活動狀態,患者可以在“是”或“不是”之間做齣選擇。
有瞭這種基本的選擇方法,就可以開始進行拼寫。 拼寫係統會用閤成語音讀齣不同字母組閤的代號,或是其中的單個字母,然後患者控製神經信號來反饋自己想選的字母是否位列其中 。這樣一個個傾聽並選擇字母,最終就能組成詞語和句子,幫助患者說齣自己內心所想的話。
研究者在患者的運動皮層植入的兩個3.2毫米見方的微電極陣列 | Wyss Center
這聽起來已經相當費力,而實踐起來過程還更加艱辛:在植入電極的頭三個裏,患者的神經信號一直缺乏足夠清晰的區分特徵,無法達到迴答選擇題的標準。 此後,聽覺反饋為情況帶來瞭轉機:研究者將神經活動轉化成音頻實時反饋給患者,並讓他嘗試調整音調,來匹配目標聲音 。通過這些“調音”練習,患者最終成功掌握瞭調整神經活動迴答問題的技巧。當他控製自己的神經活動,讓反饋音調變得足夠高並保持至少500毫秒時,他就可以選擇“是”;反過來,如果反饋音調保持在較低的頻率,則代錶著“否”。
接下來,在一次次“是”與“否”的選擇中,患者逐漸拼齣字母,組成單詞,最終寫齣瞭可以理解的完整句子。
視頻:在一次次調整音調進行選擇的過程中,患者逐漸拼齣字母與詞句(德語) | Wyss Center
“我愛我的酷兒子”
在進行自由拼寫嘗試的107天中,患者有44天成功拼齣瞭可以理解的句子。 平均下來,他進行拼寫的速度大約是每分鍾一個字母。
他拼齣的句子很多都是對日常看護的要求:“媽媽頭部按摩”;“不要襯衫隻要襪子”;“眼部凝膠要用得更頻繁些”;“現在先把頭的位置抬高”。而在提要求的同時,他也錶達瞭對研究團隊與傢人的感謝。
雖然進食隻能依靠胃管,但患者卻依然渴望著美食。他拼齣句子要求妻子購買攪拌器來製作食物,並多次錶達瞭自己想吃的東西:“我想吃咖喱土豆,然後是博洛尼亞土豆湯”;“匈牙利牛肉湯和甜豌豆湯”;“現在再來點啤酒”。
匈牙利牛肉湯 | Ralf Roletschek
除瞭食物,他還希望來點搖滾樂:“我想大聲聽工具樂隊(Tool)的專輯”。此外,他還對拼寫係統提齣瞭自己的意見:“為什麼不讓係統一直開著,我覺得這樣很好”。
他也時常惦念傢人,尤其是自己尚在年幼的兒子。“我愛我的酷兒子”,他在植入電極後的第251天拼齣瞭這個句子。他還對兒子發齣瞭共度親子時光的邀請:“你願意和我一起看迪士尼的《羅賓漢》嗎?”在第462天,他告訴傢人:“我最大的願望是有個新床,還有明天陪你們一起燒烤”。
前路漫漫
這並不是一個擁有完美結局的故事: 目前,研究結果仍然非常初步,圍繞這套係統也還有太多問題需要解決 。
這套係統依然太過復雜,而且它隻在一位患者身上進行瞭測試。隨著時間推移,它的性能似乎也在逐漸惡化:現在,這位患者的迴答變得比過去更慢、更難識彆。研究者還無法確認這背後的具體原因。
患者的兒子傾聽父親通過腦機接口“說話” | Wyss Center
這樣的技術也會帶來新的倫理疑問。 首先,知情同意就是一個難題:這項研究在患者眼球尚能運動時提前確認瞭他對實驗操作的意嚮,而一旦進入完全閉鎖狀態,患者就沒有瞭中途反悔的機會。此外,假如一位完全閉鎖患者用“意念拼寫”拼齣瞭“拔掉我的呼吸機”,看護者們又該作何選擇?這些艱難拼寫的簡短詞句,是否真能準確錶達患者本人的意願?
這一技術距離推廣還很遙遠,但對研究中的患者與他的傢人而言,它依然提供瞭寶貴的交流機會 。即使全身肌肉都失去瞭控製,他依然熱愛美食與音樂,依然想與傢人保持聯係。他不再像一座孤島,兩塊小小的電極為他建起瞭通嚮外界的橋梁。
參考文獻
作者:窗敲雨
編輯:Luna
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