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脑机接口让猴子成功控制虚拟手臂

时间:2019-10-17   浏览:0次

据物理学家组织11月6道,最近美国杜克大学领导了一项研究,让猴子学习只用脑活动来控制两条虚拟手臂的运动。这将对开发双向脑控假体装备,帮助严重瘫痪病人恢复运动能力起到极大推动作用。相干论文发表在11月6日的《科学 转化医学》上。

全球有数百万人得了感觉和运动方面的疾病,这是由脊髓遭到伤害而致使的。研究人员正在研究各种工具,希望把患者脑部和各种为残疾人设计的装备连接起来,帮他们恢复运动和触觉。杜克大学神经工程中心在2000年初发明了脑机接口,这1技术在 伸手取物 任务中很有潜力,但至今还只能控制一条假肢。

在日常活动中,从点击键盘到开罐头,双手配合运动非常关键, 论文高级作者、杜克大学医学院神经生物学教授米格尔 尼科莱利斯说, 未来脑机接口的目标是要能结合多个肢体,恢复严重瘫痪病人的运动能力,给他们带来更大的利益。

研究人员在一个虚拟环境对猴子进行了训练。在此虚拟环境中,它们能看到屏幕上自己有两条真实的 化身手臂 。在双手运动任务中,研究人员鼓励它们把 化身手臂 伸向某个特定目标。猴子先是学会了用一双操纵杆来控制化身手臂,随后逐渐学会仅通过脑活动来控制 化身手臂 ,而自己的手臂不动。在控制两条 化身手臂 时,猴子表现越来越好。研究人员发现,它们脑皮层的多区域表现出广泛的可塑性。这表明,猴子的脑部可能把 化身手臂 与它们的身体内影像结合在了一起。

为了让猴子控制两条虚拟手臂,尼科莱利斯和同事研究了大范围的脑皮层记录,努力为脑机接口提供足够的信号,以精确控制双手运动。他们发现,在双手运动时,神经元电活动构成的特殊图形,与分别移动每条手臂时所构成的神经图形不同。这表明是大量的神经元集合 而不是单个神经元 决定了正常运动功能下面的基本生理单位。皮层上小部分神经元样本,或许不足以通过脑机接口控制复杂的运动行为。

我们在观察单个神经元或全部皮层细胞群体的性质时注意到,当两条手臂在双手任务中相互配合时,如果只把指挥右手和左手运动的神经元活动简单地相加,就没法预测某个神经元或全部神经元群体想要做什么。 尼科莱利斯说, 这1发现表明当两手同时做事时,大脑还有一种自发的性质,是一种非线性加总。

尼科莱利斯正在将这些研究发现并入 重新行走计划 。这项计划是一项国际合作项目,致力于建造脑控神经假体设备,并打算在2014年FIFA世界杯开幕式上展现他们的首个脑控外骨骼。

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