设为首页 | 加入收藏
当前位置: 主页 > 社会聚焦 > 神经生物学教授Nicolelis:脑机接口给瘫痪病人带来福音
神经生物学教授Nicolelis:脑机接口给瘫痪病人带来福音
发表日期:2020-11-08 21:16| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:神经生物学教授Nicolelis:脑机接口给瘫痪病人带来福音

自动播放

神经生物学教授Nicolelis:脑机接口技术如何让瘫痪病人走向绿茵场

正在加载...

神经生物学教授Nicolelis:脑机接口给瘫痪病人带来福音

杜克大学神经生物学、神经学和生物医学工程教授Miguel Nicolelis

腾讯科技讯 11月7日,2020年腾讯科学WE大会在线上举行。杜克大学神经生物学、神经学和生物医学工程教授Miguel Nicolelis介绍了他在脑机接口技术方面的研究进展。

从1998年开始,Miguel Nicolelis就和同事着手研究脑机接口技术,希望将活体动物或人类的大脑与设备直接连接。

Miguel Nicolelis的构想,也经过了不断地调整和变化。Miguel Nicolelis最初的实验是在猴子身上进行的,之后逐步实现了人类实验。第一个实验是让一只恒河猴学会了玩电子游戏。这个游戏的规则是,让光标穿过显示屏上随机出现的一个球体,由猴子通过操纵杆来完成。

每一次光标成功穿过目标,猴子就能得到一滴喜爱的橙汁作为奖励。但它不知道的是,每次正确完成操作,我们就会记录下它大脑中100个神经元的活,然后把这些脑电信号发送给一组计算机。由它们来提取其中的运动指令 ,将其嵌入、然后转化为机械手臂可以理解的电子指令。

Miguel Nicolelis的想法是:当猴子能够非常熟练地通过操纵杆玩游戏的时候,就拿走操纵杆,打开脑机接口,观察猴子能否让机械手臂控制光标穿过目标。而且仅靠想象来完成这一过程 ,不涉及任何身体动作。正如大家所见,猴子做到了。这就是实验的上半部分,将大脑从身体的束缚中解放出来,使之能够直接与外部世界互动。

猴子一开始用操纵杆玩游戏,这个操纵杆惯性非常低 ,精准度很高,能够准确地将光标移入目标中。每一次操作完成,猴子都会得到一滴它喜欢的橙汁。猴子对游戏越来越熟练,每天玩一个小时 ,准确率能达到99%以上。

Miguel Nicolelis称:“我们意识到,是时候首次测试一下,通过脑机接口进行实时操作这个想法了。于是我们拿走了操纵杆,让猴子自然地坐在椅子上。我们问自己:猴子能不能弄明白,它只需要动脑想象,就可以让机械手臂控制光标,然后和之前一样得到果汁呢?”

从结果来看,它做到了。猴子的身体没动,手臂也没动,只是想象着把光标移到目标内。与此同时,电脑记录下猴子大脑发出的电信号,提取其中能够控制真实手臂活动的运动指令,转变其路径,使之控制机械手臂来完成游戏。逐渐地猴子能越来越熟练地,用大脑控制机械手臂完成游戏,无需任何身体动作。

这只是脑机接口发展之初的情况,在过去20多年里,Miguel Nicolelis制造出了很多不同种类的脑机接口。比如同时控制两只机械手臂的,还有控制腿部的,但接下来我要说的是其中最复杂的一种,我们称之为“脑-机-脑接口”。

Miguel Nicolelis还介绍了另外一个实验,证明动物能够学会使用搭载了无线传输技术的脑机接口来控制一辆自动驾驶设备,载着某一对象从房间里的某一随机位置出发,到达目标位置。取走我们放在那里的东西,而整个的过程全部通过思考完成。

Miguel Nicolelis表示,通过这一发现,转化成新的治疗手段,来帮助全世界2500万因为严重的脊柱损伤而在痛苦中挣扎的人们。这样的损伤一旦发生,病人就会丧失感觉和活动能力。受伤部位以下的身体无法动弹,因为大脑发出的包含着运动指令的电信号,无法再通过脊柱中的神经传输至身体的边缘部位。

如果制造出一种计算机电子旁路,将采集到的脑电信号绕过损伤部位,以数字形式传输至一个可穿戴式的全新机械身体中,病人可以通过大脑控制该机械身体,使其移动到某一位置。

Miguel Nicolelis感慨:“有时候基础科学能引领你,到达你从未想象过的地方,为你带来意料之外的发现 。为了这一天,我等了38年。因为亲眼见证了这一切,我的每一秒付出都是值得的。”

以下为Miguel Nicolelis教授演讲全文:

大家好 ,我是米格尔·尼科莱利斯,美国杜克大学神经生物学、神经学和生物医学工程教授。今天我将为大家介绍脑机接口和这一技术从基础科学到应用于神经康复的研究历程。

首先,我要感谢2020腾讯科学WE大会的盛情邀请,我很高兴也很荣幸能参加此次大会,感谢腾讯的邀请。正如我刚才说的,今天我要讲一讲过去20多年脑机接口技术的发展。1998年 我和John Chapin开始着手研究一种新的技术,我们称之为脑机接口。

那什么是脑机接口呢,大家现在看到的是我们最初发布的用来阐释这一想法的图解,我们希望将活体动物或人类的大脑与设备直接连接。比如电子的、机械的甚至是虚拟的人造设备。它们无需放在连接对象的近旁,我们可以把它们放在另一个房间,另一个国家 ,甚至地球另一端。

我和约翰的想法是,实时采集实验对象准备移动身体时大脑发出的电信号,但我们并不观察实验对象的身体活动,而是记录相应的大脑活动。然后在不到1/3秒的时间里,将其转化为能够发送至人造执行装置的数字指令。我刚才提到过 ,该装置可能就在连接对象旁边 ,也可能离他很远。连接对象直接通过大脑控制装置 ,无需身体参与。(这个装置)将包含运动想象的脑电信号转化为能够控制人工装置的电子指令,整个过程必须在300毫秒以内完成,因为这正是从运动想象产生到身体执行的时间。

接下来我要给大家展示,脑机接口概念是如何进化的?我们最初的实验是在猴子身上进行的,之后逐步实现了人类实验。这就是第一个实验,一只恒河猴学会了如何控制这个最初版本的脑机接口,该设备能控制显示屏上电脑光标的移动,让这只猴子和我们一样玩电子游戏。这个游戏的规则是,让光标穿过显示屏上随机出现的一个球体,由猴子通过操纵杆来完成。

每一次光标成功穿过目标,猴子就能得到一滴喜爱的橙汁作为奖励。但它不知道的是,每次正确完成操作,我们就会记录下它大脑中100个神经元的活,然后把这些脑电信号发送给一组计算机。由它们来提取其中的运动指令 ,将其嵌入、然后转化为机械手臂可以理解的电子指令。

为什么要这样设计?我们的想法是:当猴子能够非常熟练地通过操纵杆玩游戏的时候,我们就拿走操纵杆,打开脑机接口,观察猴子能否让机械手臂控制光标穿过目标。而且仅靠想象来完成这一过程 ,不涉及任何身体动作。正如大家所见,猴子做到了。这就是实验的上半部分,我们将大脑从身体的束缚中解放出来,使之能够直接与外部世界互动。

(责任编辑:admin)
热门推荐
  • 娱乐资讯
  • 社会百态