摘要：一项突破性的脑机接口（BCI）研究为四肢瘫痪患者带来了前所未有的控制能力。通过植入大脑运动皮层的电极，参与者仅凭思考就能操控虚拟四旋翼飞行器，展示了未来可能实现的远程工作和娱乐潜力。

图片来源：Nature Medicine

一项突破性的脑机接口（BCI）研究为四肢瘫痪患者带来了前所未有的控制能力。通过植入大脑运动皮层的电极，参与者仅凭思考就能操控虚拟四旋翼飞行器，展示了未来可能实现的远程工作和娱乐潜力。

研究介绍

这项技术将手部分为三个部分：拇指和两组手指（食指和中指、无名指和小指）。每组可以垂直和水平移动。当参与者想象移动这三组手指时，虚拟四旋翼飞行器会响应这些指令，穿越虚拟障碍赛道。

密歇根大学神经外科和生物医学工程助理教授Matthew Willsey表示：“这是基于手指动作的功能性控制的一大进步。”这项研究最初在斯坦福大学进行，Willsey当时是那里的研究员，他的合作者大多也在那里。

虽然有非侵入式的增强视频游戏方法，例如使用脑电图（EEG）从用户头部表面获取信号，但EEG信号来自大脑的大区域，限制了精细运动控制的恢复。相比之下，直接从运动神经元读取信号的六倍提升了四旋翼飞行器的飞行表现。

研究方法

为了准备这个接口，患者需要接受手术，在大脑的运动皮层中植入电极。这些电极通过导线连接到固定在颅骨上的基座，并穿过皮肤，从而连接到计算机。

Willsey解释道：“它捕捉参与者尝试移动手指时产生的运动皮层信号，并利用人工神经网络解读意图，以控制模拟中的虚拟手指。然后我们发送信号来控制虚拟四旋翼飞行器。”

该研究作为BrainGate2临床试验的一部分进行，重点在于如何将这些神经信号与机器学习结合，为患有神经系统损伤或疾病的人提供新的外部设备控制选项。参与者自2016年起开始与斯坦福大学的研究团队合作，他在脊髓受伤后失去了四肢的使用能力。他对飞行有着特别的兴趣。

“四旋翼飞行器模拟并非随意选择，参与者对飞行充满热情。”斯坦福大学计算机科学家Donald Avansino说道，“这一平台不仅满足了参与者的飞行愿望，还展示了多手指控制的能力。”

共同作者、即将成为莱斯大学电气和计算机工程教授的Nishal Shah解释说：“控制手指是一个步骤，最终目标是恢复全身运动。”

研究未来

斯坦福大学神经外科教授Jaimie Henderson指出，这项工作的意义远不止于游戏。“人们往往关注基本生活功能的恢复——如进食、穿衣和行动，这些都是重要的。但其他同样重要的生活方面，比如娱乐或与同伴互动，却常常被忽视。人们希望玩游戏并与朋友互动。”

Henderson认为，能够通过思维连接计算机并操控虚拟车辆的人，最终能够做更多的事情。“能够用脑控移动多个虚拟手指，你可以有多因素控制方案，用于各种事物，从操作CAD软件到创作音乐。”

新闻来源：Nature Medicine

论文参考：DOI:
10.1038/s41591-024-03341-8.

doi.org/10.1038/s41591-024-03440-6

来源：启真脑机智能基地