腦機(jī)接口新突破!癱瘓漸凍人“說”:“兒子我愛你”
圖 | WYSS CENTER
烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的腦機(jī)接口研究員馬利斯卡·范斯汀塞爾(Mariska Vansteensel)說:“人們會(huì)質(zhì)疑這種方式的可行性。”范斯汀塞爾沒有參與這項(xiàng)發(fā)表在《自然—通訊》上的新研究。
埃塞克斯大學(xué)的神經(jīng)工程師萊因霍爾德·謝勒(Reinhold Scherer)則表示,如果新的拼寫系統(tǒng)被證明對所有“閉鎖”的患者都有效,并且能更高效、成本更合理的話,那它可能會(huì)讓成千上萬的患者與家人和護(hù)理團(tuán)隊(duì)重新實(shí)現(xiàn)交流。
ALS會(huì)破壞控制運(yùn)動(dòng)的神經(jīng),大多數(shù)患者在確診后5年內(nèi)死亡。ALS患者到達(dá)無法說話的階段時(shí),他們可以通過眼動(dòng)追蹤攝像頭選擇屏幕上的字母。在疾病發(fā)展后期,他們可以通過細(xì)微的眼球運(yùn)動(dòng)來回答“是”或“不是”的問題。但如果一個(gè)人只是選擇用呼吸機(jī)來延長生命的話,那后續(xù)的數(shù)月或數(shù)年時(shí)間都只能聽到聲音,卻不能交流。
2016年時(shí),Vansteensel的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說,一名患有ALS的女性可以通過大腦植入物來拼寫句子,這種植入物能檢測到她試圖移動(dòng)手部。這名患者對眼部和嘴部肌肉依然有微弱的控制力,這可能是實(shí)現(xiàn)拼寫的原因。因此目前尚不清楚,完全失去對身體控制的大腦是否能夠持續(xù)地發(fā)出預(yù)期動(dòng)作的信號(hào),以實(shí)現(xiàn)有意義的交流。
新研究的參與者是一名現(xiàn)年36歲的ALS患者,他從2018年開始與圖賓根大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)合作,那時(shí)他的眼睛還可以活動(dòng)。他告訴團(tuán)隊(duì),他想通過侵入性的植入物來盡量保持與家人的溝通,包括他年幼的兒子。他的妻子和姐姐為手術(shù)簽了書面同意書。
華盛頓大學(xué)西雅圖分校的神經(jīng)學(xué)家和神經(jīng)倫理學(xué)家伊蘭·克萊因(Eran Klein)說,同意進(jìn)行這類研究面臨著倫理上的挑戰(zhàn),因?yàn)槊恳淮蔚难蹌?dòng)交流結(jié)束后,他若想改變主意或退出,都無法表達(dá)。
研究人員將兩個(gè)3.2毫米寬的方形電極陣列插入患者大腦中控制運(yùn)動(dòng)的部分。德國非營利組織“漸凍人之聲”(ALS Voice)的生物醫(yī)學(xué)工程師和神經(jīng)技術(shù)專家烏杰瓦爾·喬杜里(Ujwal Chaudhary)說,當(dāng)他們要求該男子嘗試移動(dòng)他的手、腳、頭和眼睛時(shí),神經(jīng)信號(hào)不夠一致,不足以回答是或否的問題。
經(jīng)過近3個(gè)月的失敗嘗試,該團(tuán)隊(duì)開始轉(zhuǎn)向神經(jīng)反饋,即一個(gè)人嘗試修改自己的大腦信號(hào),并即時(shí)得到嘗試是否成功的反饋。當(dāng)植入物附近的神經(jīng)元放電加速時(shí),可聽到的聲音音調(diào)變高,而當(dāng)它減慢時(shí),音調(diào)變低。研究人員要求參與者使用任何可能的方式來改變音調(diào)。第1天,他成功改變音調(diào),到第12天時(shí),他成功匹配到一個(gè)目標(biāo)音高。喬杜里回憶說:“這就像耳朵里的音樂。”研究人員通過尋找最敏感的神經(jīng)元,并確定每個(gè)神經(jīng)元是如何隨著參與者的努力而發(fā)生變化的,借此來調(diào)整系統(tǒng)。
通過控制音調(diào)的高低,該男子可以分別對一組字母、然后是單個(gè)字母來表達(dá)“是”或“不是”。使用該系統(tǒng)大約3周后,他生成了一句明白易懂的句子:請求護(hù)理人員給他換個(gè)位置。在接下來的一年里,他非常辛苦地以大約每分鐘一個(gè)字的速度寫了幾十句話:燉牛肉湯和甜豌豆湯;我想聽Tool的專輯;我愛我的好兒子。
他向團(tuán)隊(duì)解釋說,他通過移動(dòng)眼睛來控制音調(diào),但并不總是能成功。在135天的研究中,只有107天他能以80%的準(zhǔn)確率匹配一系列目標(biāo)音調(diào),而在這107天中,只有44天他能說出一個(gè)有意義的句子。
范斯汀塞爾說,“我們只能推測”在那些低準(zhǔn)確率的日子里發(fā)生了什么。參與者可能睡著了,或者沒心情說話。也可能是大腦信號(hào)太弱或太不穩(wěn)定,以致無法優(yōu)化設(shè)置每天都需要校準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)解碼系統(tǒng)。瑞士威斯生物和神經(jīng)工程中心的神經(jīng)學(xué)家、論文合著者喬納斯·齊默爾曼(Jonas Zimmermann)指出,相關(guān)神經(jīng)元可能會(huì)在電極有效范圍邊界來回進(jìn)出。
俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)研究腦機(jī)接口的梅勒妮·弗里德-肯(Melanie Fried-Oken)說,盡管如此,這項(xiàng)研究依然表明,當(dāng)患者“閉鎖”時(shí),根據(jù)其能力調(diào)整接口,還是有可能與他保持溝通的。這真的很棒。然而,個(gè)性化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測試和維護(hù)需要花費(fèi)數(shù)百個(gè)小時(shí),因此這項(xiàng)研究距離成為家用輔助技術(shù)還差得很遠(yuǎn)。”
克萊因說,這次研究還引發(fā)了倫理問題。他指出,和具備溝通能力的人討論臨終關(guān)懷的選擇就已經(jīng)夠困難的了。“你能用這種一天只能說三句話的設(shè)備進(jìn)行那種非常復(fù)雜的對話嗎?準(zhǔn)確性呢?畢竟誰也不想誤解說話人的意思。”
齊默爾曼表示,研究團(tuán)隊(duì)規(guī)定,參與者的醫(yī)療護(hù)理不應(yīng)只依賴于腦機(jī)界面。“如果拼寫輸出的是‘拔掉我的呼吸機(jī)’,我們并不會(huì)真的這么做。但是,這也取決于病人家屬如何解讀病人的意愿。”
喬杜里的基金會(huì)正在尋求資金,為另外幾名ALS患者進(jìn)行類似的植入手術(shù)。他估計(jì),該項(xiàng)目在頭兩年的成本將接近50萬美元。與此同時(shí),齊默爾曼和同事正在開發(fā)一種信號(hào)處理設(shè)備,這種設(shè)備通過磁鐵附著在頭部,而不是穿透皮膚進(jìn)行固定,后者有感染的風(fēng)險(xiǎn)。
目前,從頭骨外部讀取信號(hào)的設(shè)備還做不到拼寫。2017年,有團(tuán)隊(duì)表示,使用一種名為功能性近紅外光譜(fNIRS)的非侵入性技術(shù),可以對“閉鎖”狀態(tài)患者腦中“是”或“否”的答案進(jìn)行區(qū)分,準(zhǔn)確率為70%。該研究的兩位合著者,喬杜里和圖賓根大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家尼爾斯·伯鮑默(Niels Birbaumer)是該團(tuán)隊(duì)的成員。但其他研究人員對這項(xiàng)研究的統(tǒng)計(jì)分析表示擔(dān)憂。2019年,有兩項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了研究中的不當(dāng)行為,兩篇論文被撤回。喬杜里說,作為作者已經(jīng)提起訴訟,質(zhì)疑不當(dāng)行為的調(diào)查結(jié)果。謝勒對fNIRS研究持懷疑態(tài)度,他說使用侵入性設(shè)備的結(jié)果“肯定更準(zhǔn)確”。
齊默爾曼說:“維斯中心的研究人員還在與研究參與者合作,但他的拼寫能力已經(jīng)下降,現(xiàn)在他基本只能回答是或否的問題。導(dǎo)致這種情況的部分原因是植入物周圍的疤痕組織,它模糊了神經(jīng)信號(hào)。也有部分原因是認(rèn)知因素,參與者的大腦可能在多年無法影響設(shè)備環(huán)境后,正在失去控制設(shè)備的能力。但只要他繼續(xù)利用設(shè)備,研究團(tuán)隊(duì)就會(huì)對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。這是一個(gè)巨大的責(zé)任。這一點(diǎn)我們都非常清楚。”
網(wǎng)友評論
智能應(yīng)用排行
- 網(wǎng)易 UU 加速器完成鴻蒙原生應(yīng)用開發(fā),上線 HarmonyOS
- 蘋果官方認(rèn)可“越獄”術(shù)語:特殊版iPhone罕見現(xiàn)身 用于查找
- 京東11.11再次發(fā)力數(shù)字人:成本更低、直播流量傾斜,成電商
- 釘釘公布數(shù)據(jù):用戶數(shù)7億 軟件付費(fèi)企業(yè)數(shù)12萬
- AI大模型讓智慧交通“更聰明” 海信亮相2024世界人工智能大
- 沃爾瑪?shù)娜斯ぶ悄芰闶鄣暌严蚬婇_放
- 歐瑞博攜手南方科技大學(xué)打造智能新能源住宅技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室
- 都是科技的狠活?2024中國國際消費(fèi)電子博覽會(huì)即將全新亮相
- 百度:智能云業(yè)務(wù)Q1營收47億元,生成式AI貢獻(xiàn)比例達(dá)6.9%
延伸閱讀
最新智能應(yīng)用
- 京東11.11再次發(fā)力數(shù)字人:成本更低、直播流量傾
- 歐瑞博攜手南方科技大學(xué)打造智能新能源住宅技術(shù)聯(lián)
- 網(wǎng)易 UU 加速器完成鴻蒙原生應(yīng)用開發(fā),上線 H
- 都是科技的狠活?2024中國國際消費(fèi)電子博覽會(huì)即將
- 百度沈抖:百舸4.0升級發(fā)布,模型訓(xùn)練有效時(shí)長達(dá)
- 華為云發(fā)布AI原生云基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)CloudMatrix,新
- 阿里CEO吳泳銘:AI算力需求滲透率已超50%,正主導(dǎo)
- 羅技發(fā)布 G PRO 2 LIGHTSPEED(GPW4 朱雀)
- 華為:將啟動(dòng)“鴻蒙生態(tài)伙伴及開發(fā)者見非凡體驗(yàn)計(jì)
- 華為運(yùn)動(dòng)健康發(fā)布玄璣感知系統(tǒng) 華為手表或?qū)⒅С?/a>