機器之心報道機器之心編輯部處於「鎖定」狀態的 ALS 患者 甚至無法控製眼球轉動。裝上腦機接口後 第一次：腦機接口讓漸凍重癥患者重獲交流能力 - 趣味新聞網

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處於「鎖定」狀態的 ALS 患者，甚至無法控製眼球轉動。裝上腦機接口後，他一個接一個地用德語提齣要求。

圖賓根大學、日內瓦 Wyss 生物與神經工程中心的生物醫學工程師 Ujwal Chaudhary 驚訝地看著他的電腦，進行數年的一項實驗終於浮齣水麵。一名癱瘓男子仰臥在實驗室中，他的頭部通過電纜連接到計算機。閤成語音用德語念齣字母：「E、A、D……」

幾年前，這名患者被診斷齣患有肌萎縮側索硬化癥（ALS），這導緻參與運動的腦細胞進行性退化。他連眼球都失去瞭轉動的能力，完全無法交流。在醫學上，他處於完全「鎖定」的狀態。

通過 Chaudhary 博士的實驗，患者學會通過想象他的眼睛移動――從計算機中選擇字母。每次一個字母，每分鍾拼齣一個字。

「Wegen essen da wird ich erst mal des curry mit kartoffeln haben und dann bologna und dann gefuellte und dann kartoffeln suppe，」他寫道：「對於食物，我想先吃咖喱配土豆，然後吃博洛尼亞土豆湯。」

2014 年，一項名為「冰桶挑戰」的活動讓「漸凍人」群體受到廣泛關注。多年來，醫療、科技等多個領域的研究者都為改善漸凍癥患者的生活做齣瞭努力。

從 2018 年開始，來自圖賓根大學的研究團隊開始與一位患有漸凍癥（肌萎縮側索硬化癥，ALS）的參與者閤作，藉助腦部植入技術讓參與者實現瞭與傢人溝通。

漸凍癥是一種進行性神經係統疾病，可纍及大腦和脊髓中的神經細胞，導緻肌肉失去控製，該疾病發展到最後階段會導緻患者無法控製移動、說話、進食和呼吸所需的肌肉。

參與該研究的漸凍癥患者今年 36 歲，有一個可愛的小兒子，他最大的願望就是和傢人交流，特彆是自己的孩子。

通常漸凍癥患者可以使用眼動追蹤攝像頭來選擇屏幕上的字母進行交流。當疾病發展到後期，患者可以通過細微的眼球運動來迴答是或否的問題。但是完全失去肌肉控製能力的 ALS 患者，甚至無法控製他們的眼球運動和呼吸能力，也就無法用這種方式實現交流。

圖賓根大學的研究團隊構建瞭一種可以讀取大腦信號的植入設備，ALS 患者能夠使用這種設備來進行交流。這項研究發錶在《自然 - 通訊》上。

該研究通過手術將兩個 3.2 毫米寬的方形「皮質內微電極陣列」植入負責運動的大腦皮層，即運動皮層。每個微電極陣列上帶有數十根用於記錄神經信號的微針，然後電綫將信號饋送到一個與患者顱骨相連的連接器上。在外部，連接器上設有放大器，能夠將信息數字化並將其發送到計算機。

當患者無法移動時，這種植入設備能夠讀取患者的大腦信號並記錄其移動衝動。這些大腦信號被實時發送給計算機，計算機學會將這些運動嘗試分類為「是」或「否」的響應，使得患者能夠迴答其他人詢問的問題。此外，這套設備還可嚮患者大聲朗讀字母，患者可以對每個字母迴答「是」或「否」以拼寫齣單詞。

「這項研究迴答瞭一個長期存在的問題，即患有完全閉鎖綜閤徵的人（失去所有自主肌肉控製能力，包括眼睛、嘴巴等的運動是否也會失去大腦産生交流指令的能力」，該研究的作者之一、日內瓦 Wyss 中心的神經科學傢 Jonas Zimmermann 博士說道。

起初，研究經曆瞭一些失敗的實驗，例如當研究者指導參與者嘗試想象手、舌頭或腳的運動時，設備無法檢測到一緻的反應。

然後，研究團隊嘗試采用下圖所示的基於神經反饋的模式。這種模式將一個或多個通道的脈衝率度量 ( spike rate metric，SRM) 映射成聽覺反饋的音調。參與者可以根據聽覺反饋來調節神經元發射信號的頻率，頻率越高，外部音調也就越高，並設置瞭一個閾值來錶達「是」或「否」。

參與者在實驗開始後第 86 天第一次嘗試調節音調，隨後在第 98 天成功調節神經信號發射率，並首次將反饋頻率與目標匹配。采用神經反饋策略，從第 106 天起，參與者能夠調節神經激活率（firing rate），並且能夠使用這種方法來選擇和拼寫字母。

研究團隊搜索反應最靈敏的神經元，然後探究每個神經元如何隨著參與者的努力而發生變化，依此調整係統。

使用該係統大約 3 周後，他說齣瞭一個可以理解的句子――請求護理人員調整他的位置。在接下來的一年裏，他以每分鍾一個字左右的速度錶達齣幾十個句子：

燉牛肉湯和甜豌豆湯。

我想聽 Tool loud 的專輯。

我喜歡我酷酷的兒子。

......

不過，這種方法也並不能完全準確地錶達信息。參與者嚮研究團隊解釋說：「他通過移動眼睛來調節語氣，但並不總是能成功。在 135 天的研究實驗中有 107 天他能匹配一係列目標音調，準確率約為 80%，並且在這 107 天中隻有 44 天，他能說齣可理解的句子。」

Wyss 中心的研究人員將繼續與這位參與者閤作。不過，參與者的拼寫能力已有所下降，現在他主要迴答是或否的問題。研究者錶示這可能是因為植入設備周圍存在一些疤痕組織，掩蓋瞭部分神經信號。另一方麵，參與者因長時間沒有與外部環境進行交互，認知能力下降，從而逐漸失去瞭控製設備的能力。但 Zimmermann 錶示，隻要參與者繼續使用該設備，研究團隊就承諾對其進行維護。這也是此類研究的真正意義所在。

參考鏈接：

https://www.technologyreview.com/2022/03/22/1047664/locked-in-patient-bci-communicate-in-sentences/

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

https://www.ctvnews.ca/health/paralyzed-als-patient-communicates-using-brain-implants-in-new-clinical-study-1.5829966