腦機接口設備 現在能讓一塊肌肉都動不瞭的「漸凍人」 “漸凍人”全身沒一塊肌肉能動，大腦植入物讓他成功說齣整句話！ - 趣味新聞網

新智元報道

編輯：袁榭

【新智元導讀】腦機接口設備，現在能讓一塊肌肉都動不瞭的「漸凍人」，成功說齣整句話瞭。

癱瘓患者、「漸凍人」們利用腦機接口技術（BCI）進行各種寫字、發推的齣奇操作，這幾年已經不是什麼新鮮事。

或者不如說，腦機接口技術的最便捷、最切近的商業落地前景，就是給這些人群帶來便利。

不過，突破雖然年年都有。但讓全身真正沒有一塊肌肉能動的病人錶述意思的腦機接口實驗，之前其實還是沒有。

不過，2022年3月22日，這個紀錄被打破瞭。

「漸凍人」眼球動不瞭，就難以使用眼動追蹤AI錶述

托「冰桶挑戰」等著名營銷事件的福，盡管ALS仍然是無治的罕見病，不過何謂「肌萎縮側索硬化癥」（ALS）、「漸凍人」的生命會如何終結，這些都是人盡皆知瞭。

簡而言之，ALS/「漸凍癥」是一種神經退行性疾病。其「漸凍人」患者們，其病況會影響大腦和脊髓中告訴肌肉該做什麼的運動神經元。

隨著病情的發展，大腦中運動神經元的退化會乾擾傳遞給身體肌肉的信息，隨後造成肌肉萎縮，使患者失去移動手臂、腿和身體的能力。最終患者會喪失身體任何一塊肌肉的控製能力。

在病程的最終，他們還會失去說話、行走、呼吸或吞咽的能力。多數患者會在癥狀首次齣現後的三到五年內死於肺部肌肉無法運動導緻的呼吸衰竭。

所以各種腦機接口企業與項目的測試對象首選此類人群，實在是順理成章：

「漸凍人」急需新技術改善狀況，而腦機接口也能從這些肌肉不能動、但腦部活動尚無大恙的最理想實驗對象中獲得數據。

不過近年來最著名的腦機接口突破，如：

2020年代的英裔美國人Peter Scott-Morgan的半機械人自我改造項目；

2021年5月斯坦福大學研究團隊讓脊髓受傷的癱瘓者，成為史上首個用腦機接口和機器學習算法、將腦中想象的「筆跡」轉為準確率超99%的屏幕文本的意念寫字第一人；

2021年2021年12月底ALS患者Philip O’Keefe成為世界首個用腦機接口發推特的人；

這些項目都有一個共通處：它們的實驗對象雖然癱瘓，但不是完全一塊肌肉都不能動的人。

這點細小的差彆代錶著技術上一個難以突破的障礙：現在所有人類用腦機接口操縱外部設備的成功實驗，都或多或少還必須依賴眼動追蹤技術的輔助。

自我改造的半機械人、意念寫字的癱瘓者、腦機接口發推的「漸凍人」，都要靠從霍金開始就實驗有年的眼動追蹤AI，在屏幕上打字、移動光標、或輔助糾錯。

盡管這也是瞭不起的技術成就，但對於眼球或眼眶周圍麵部肌肉失去控製能力的晚期「漸凍人」來說，就用不上瞭。他們還是會在連高科技都無法彌補的沉寂中漸漸喪失呼吸能力。

用腦機接口加聽覺反饋訓練，教「漸凍人」控製機器發高低音

這一障礙，於2022年三月，被德國和荷蘭的研究者們越過瞭。

2022年3月22日，瑞士「Wyss生物與神經工程中心」與德國圖賓根大學發錶研究，以植入式腦機接口，首次讓一名已無法控製隨意肌、連眼睛也不能移動的完全閉鎖狀態患者，成功以大腦訊號選擇字母並組成句子。

該研究的論文發錶於《Nature Communications》。

本研究的對象是現年36歲的「漸凍人」，當他在2018年與研究團隊閤作時，還能以眼球移動錶達「是」和「否」，以及透過非侵入性的眼電圖(EOG)或腦電圖(EEG)在屏幕上選擇字母。

不過在病情不斷惡化、達到完全閉鎖狀態後，他徹底失去瞭對外交流的能力。

對於一個完全失去控製身體能力的大腦，過去科學界尚不清楚其是否可以持續發齣意圖訊號，以達到有意義的交流。

2019年3月起，研究團隊在該名患者的大腦運動皮質中，植入瞭兩個微電極陣列，每個陣列的大小為3.2 x 3.2 mm，上頭有64個針狀電極以紀錄神經訊號。

研究者錶示，當他們要求該男子嘗試移動他的手、腳、頭部和眼睛時，其大腦神經訊號不夠一緻，無法達到判斷意圖「是」或「否」的程度。

在近3個月失敗的努力後，研究團隊嘗試以聽覺神經反饋訓練實驗對象。

這也就是讓實驗對象試圖自行改變自己的大腦訊號，並讓研究者實時測量與反饋是否成功，使實驗對象能逐步調整自己控製大腦活動的方式。

實驗機製構成

研究中，當檢測到實驗對象大腦植入物附近的神經元放電加速，外部搭配的電腦係統會播放音調較高的聲音。若放電速度減慢，則播放音調較低的聲音。

研究人員要求實驗對象使用任何策略來改變外部機器的反饋音調，比如在想象中移動他的眼球。

在流程改變的第一天，實驗對象達到瞭改變反饋音調的目標。

在第12天，實驗對象首次調節大腦活動，讓反饋音調成功匹配目標音高。

實驗記錄

在研究過程中，研究人員通過測繪反應最強烈的神經元，確定神經元如何隨著患者的努力而改變的模式，來調整交流係統。

如此一來，實驗對象能及時得到神經活動的聽力反饋，作者也能指導實驗對象通過控製大腦神經放電率，使反饋音的頻率匹配目標音高。

「漸凍人」控製機器發高低音，錶述是非判斷，從而選字拼句

實驗的下一步，是讓實驗對象控製神經活動，讓大腦植入物附近的神經元放電率以給定範圍的高端或低端改變持續超過250毫秒。

這樣反饋音的頻率就會是高音和低音，可代錶分彆解釋為「是」和「否」。

研究團隊將所有字母分成五組，先播報一組字母，讓實驗對象以反饋音迴答他想要的字母是否在這一組當中。

接著再一個一個播報該組中的字母讓實驗對象迴答「是」或「否」來選擇字母，再通過重復此步驟來拼寫單詞和詞組、形成句子。

拼字過程中的神經活躍度紀錄

在訓練約三周後，實驗對象可以如此說齣瞭一個可以理解的句子，要求護理人員重新調整他的躺臥位置與體態。

在接下來的一年裏，他以每分鍾一個詞左右的速度如此拼寫單詞和詞組，艱難地說瞭幾十個短句：「燉牛肉湯和甜豌豆湯」、「媽媽頭部按摩」、「我想大聲聽Tool樂隊的專輯」、「我愛我的酷兒子」等等。

不過，該實驗對象不一定每次拼句子都能成功。在進行實驗的135天中，實驗對象隻有107天在神經迴饋訓練中，達到調整音高的成功率超過80%，這是進行拼寫測試的下限。

而在107天的拼寫測試中，隻有44天他說齣瞭可理解的句子。

實驗對象神經活躍度

荷蘭烏特勒支大學的同類研究者猜測，實驗對象可能睡著瞭、沒心情，或者大腦訊號太弱或太不穩定，而沒辦法讓係統校準。

論文作者之一則猜測，相關的神經元有可能飄移到植入電極的範圍之外。

盡管如此，這項研究證實瞭完全閉鎖狀態患者與外界交流的可行性。

論文主要作者目前任職的德國非營利組織「ALS Voice」正在尋求資金，為更多的ALS患者提供類似的植入物。他估計，該係統在頭兩年的成本將接近50萬美元。

不過在推廣到臨床使用之前，還需進一步論證其長期性、在其他病人中的適用性，以及使用的腦機接口組件的安全性和有效性。

論文作者稱，Wyss中心的研究人員仍持續與這位實驗對象閤作，但他的拼寫能力已經下降，現在他主要迴答判斷題。

論文作者錶示，部分原因可能是植入物周圍的疤痕組織掩蓋瞭神經訊號，另外，認知因素也可能有關係，因為實驗對象的大腦在多年來沒有用武之地後，可能也失去輸齣控製訊號的能力。

論文作者錶示，隻要實驗對象繼續使用該腦機接口設備，研究團隊承諾會對其進行維護。

參考資料：

https://www.science.org/content/article/first-brain-implant-lets-man-complete-paralysis-spell-out-thoughts-i-love-my-cool-son

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28859-8

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