程超
操控运动的“司令部”坐落大脑皮层,终究的“执行官”就是散布在身体遍地的肌肉,大脑皮层与肌肉之间的指挥信号靠神经传导,脊髓是神经信号传导的必经之路。假如脊髓发作损害,“神经高速公路”就会被切断,神经操控信号也就无法传递了。这时候,虽然患者的肌肉和大脑都完好无缺,但运动功用仍是无法完结,这就会导致“截瘫”。
19岁的美国小伙伊恩不幸意外撞坏了脖子,第5颈椎处的脊髓遭到严峻损害,因而瘫痪,失掉手部运动才能,无拘无束的日子从此一去不复返。
像伊恩这样因意外导致的脊髓损害患者不在少数,可是我们都知道脊髓的神经损害很难修正,许多人不得不面临终身瘫痪。
绕过受伤的脊髓
修正损害的脊髓神经很难,科学家们就打破习气思想,想方设法绕过脊髓传递神经信号,可是这也很不简略。有不少试验室研制出了让大脑直接对机械“指挥若定”的脑机接口,经过植入芯片,瘫痪者可以用机械手给自己拿来一杯饮料;在试验室里,山公还用“意念”开起了轮椅。
最近,美国巴特尔留念研讨地点神经科学和神经工程上有了一项重大突破。新的研讨成果是一套被科学家们称作“神经旁路体系”(NBS)的新式设备。它可以绕过患者受损的脊髓,将植入式脑机接口与电影响结合,在大脑和手臂之间建立起一条全新的信息通路,完结对瘫痪肢体较为精密的操控。
伊恩有幸成为这个研讨的第一个受益者。为了建立起绕过脊髓的神经旁路,研讨者们首要经过磁共振扫描在伊恩的左半球运动皮层上辨认出了担任右手运动的区域,然后在这块脑皮层上植入了一块约有5毫米见方的电极阵列。阵列上均匀散布了96个探针电极,将电极邻近的神经信号源源不断地传输到电极后端的作业站上。经过作业站上“机器学习”算法的处理,伊恩的运动目的被解读出来,转化成电影响信号,经过贴在手臂上的电极影响肌肉,终究让伊恩自己的肢体动起来。
在试验的初期,科学家为伊恩播映手部运动的三维动画,让伊恩幻想自己在依照动画做手部运动。此刻大脑发生的活动会被阵列电极捕捉,再由机器学习算法不断“体会”。经过人与机器的屡次练习“磨合”之后,伊恩再幻想某个手部运动时,算法就会辨认出来,并驱动肌肉完结这个动作。
瘫痪的手指动起来
在適应了NBS体系的操作方法之后,伊恩做出了久别的手腕屈伸、手掌开合等动作。终究,奇观呈现了,伊恩用本来瘫痪的手顺利地完结了抓握瓶子、刷卡等一系列动作,乃至还玩起了“吉他英豪”的游戏,展现了NBS体系完结精密手指操控的才能。
此项研讨成果激动人心之处在于,它让瘫痪人士从头恢复了肢体功用,并且仍是重要的手部功用,不只完结了简略的手指运动,还能让患者把握拇指屈伸、中指屈伸等单个手指的精密动作。有了这些操控上的细节,抓握瓶子、倒水、拌和等动作都可以顺利完结,将为患者的日子带来极大的便当。
伊恩的成功让人们对这项研讨的开展充溢等待。现在,这套新技术还在持续研讨和改善,终究期望可以推行到更多的神经干涉和神经恢复医治中,让脑卒中、颅脑损害等各种神经运动障碍的患者都能从中取得协助。