雙向腦機(jī)接口刺激大腦喚起觸覺(jué) 操作者更容易操縱機(jī)械臂

20日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文中，美國(guó)匹茲堡大學(xué)康復(fù)神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室的生物工程師團(tuán)隊(duì)描述了一種新的腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用，即如何通過(guò)增加大腦刺激來(lái)喚起觸覺(jué)，從而使操作者更容易操縱大腦控制的機(jī)械臂。這種腦機(jī)接口不僅依賴(lài)視覺(jué)，還模仿了觸覺(jué)，極大地提高了四肢癱瘓患者用腦控機(jī)械臂操縱物體的能力。

由腦機(jī)接口控制的假肢設(shè)備，可以從植入的電極測(cè)量與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的大腦活動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)機(jī)械臂的有意識(shí)控制，使一些癱瘓的用戶(hù)能夠恢復(fù)功能性運(yùn)動(dòng)。然而，腦機(jī)接口控制系統(tǒng)的使用是有限的，他們通常只依賴(lài)視覺(jué)線(xiàn)索，缺乏感覺(jué)到被抓住物體的關(guān)鍵感官反饋。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員在腦機(jī)接口上增加了一個(gè)傳入通道，以模擬手部皮膚的感覺(jué)輸入，從而形成了一個(gè)既能“讀”信息又能“寫(xiě)”信息的系統(tǒng)。

這種雙向腦機(jī)接口可讀取大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的神經(jīng)活動(dòng)來(lái)控制機(jī)械臂。與此同時(shí)，機(jī)械手“皮膚”上的傳感器記錄了它所經(jīng)歷的機(jī)械力，通過(guò)皮層內(nèi)微模擬將它們傳輸回軀體感覺(jué)皮層，讓使用者感到觸覺(jué)感覺(jué)，就像是自己的真實(shí)知覺(jué)一樣。

這項(xiàng)研究的參與者內(nèi)森·科普蘭是一名28歲的男子。他在十年前的一場(chǎng)車(chē)禍后參加了一項(xiàng)有關(guān)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)微電極腦機(jī)接口的測(cè)試，并在體內(nèi)植入了電極陣列。

此次，有了新的腦機(jī)接口后，通過(guò)電刺激提供觸覺(jué)反饋，他的一系列上肢評(píng)估的試驗(yàn)時(shí)間大大縮短。這些評(píng)估涉及移動(dòng)不同形狀的物體，例如將桌子右邊杯子里的紙片和塑料碎片倒進(jìn)左邊的空杯子里。

在所有實(shí)驗(yàn)任務(wù)中，與沒(méi)有提供觸覺(jué)反饋的腦機(jī)接口相比，他用機(jī)械臂抓住和轉(zhuǎn)移物體所需的時(shí)間減少了一半，時(shí)間中位數(shù)從20.9秒減少到10.2秒。

該研究的共同資深作者、匹茲堡大學(xué)物理醫(yī)學(xué)和康復(fù)系副教授羅伯特·岡特博士說(shuō)：“即使恢復(fù)的是有限和不完美的感覺(jué)，人的表現(xiàn)也會(huì)有相當(dāng)大的改善。要讓感覺(jué)更真實(shí)，把這項(xiàng)技術(shù)帶到人們家里，我們還有很長(zhǎng)的路要走，但我們離再現(xiàn)大腦的正常輸入越近，這項(xiàng)技術(shù)就會(huì)越完善。”(實(shí)習(xí)記者張佳欣)

關(guān)鍵詞： 雙向腦機(jī)接口 大腦 觸覺(jué) 機(jī)械臂