AI 科学家打造全套人工神经系统 让瘫痪病人重新控制身体
据外媒 IEEE Spectrum 报道 ， 美国一组神经科学家和工程师研发了一套人造神经系统 ， 能让瘫痪的人重新控制自己的肢体 。2015年 ， 这组研究人员对他们的研究成果进行了测试检验 。测试者当时胸部以下已瘫痪了三年有余 ， 但借助这套设备 ， 他可以握住简易的吉他接口 ， 用右手的手指按下指板键 ， 左手敲击弹奏杆 ， 使用《吉他英雄》电子游戏弹奏了一些音符 。
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测试者的动作不依赖于体内受损的脊柱 ， 而是使用了一种叫做“神经搭桥（neural bypass）”的技术 ， 将他的意图转化为行动 。
首先 ， 植入到他脑内的设备接收到他大脑运动皮层的神经信号；然后 ， 这些信号被转到计算机运行的机器学习算法上进行破译；最后 ， 缠绕在测试者前臂上的电极将破译后的指令传递给他的肌肉 。总体来说 ， 这一系列信号传递使用的是一种人造神经系统 。
一、构建合成神经系统 ， 帮瘫患者恢复运动和触觉
研究人员在位于美国俄亥俄州哥伦布市的巴特尔纪念研究所完成了这项研究 。此后 ， 研究人员将实验室搬到了位于纽约州曼哈西特范斯坦医学研究所的生物电子医学研究所 。
生物电子医学是一个相对较新的领域 ， 这组研究人员使用设备读取和调节人体神经系统内的电活动 ， 为患者开拓了新的治疗方法 。
这个研究小组的目标是破解与运动和感觉相关的神经密码 ， 这样他们就可以开发新的方法来治疗世界各地数百万的瘫痪患者 。
要实现这一目标 ， 研究人员首先需要了解来自大脑神经元的电信号是如何与身体的动作相关联的；接着 ， 他们需要将这种信号用正确的方式表述出来 ， 恰当地调节神经通路 ， 以恢复瘫患者的运动和触觉 。
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▲研究人员Luke Tynan（第一排）Chad Bouton ， Richard RAMDeo ， Santosh Chandrasekaran ， Nikunj Bhagat（二排从左至右）
包括电气工程师Nikunj Bhagat ， 神经科学家Santosh Chandrasekaran和临床经理Richard Ramdeo在内的团队人员 ， 正在构建两种不同的合成神经系统 。
一种方法是使用大脑植入物对瘫痪的肢体进行高保真的控制；另一种方法则是采用非侵入式可穿戴技术 ， 第二种方式提供的控制精度较低 ， 但好处是不需要进行脑部手术 。这种可穿戴技术也可以在不久的将来在患者群体进行推广 。
二、瘫痪三年患者通过大脑植入物重新自主控制肌肉
2010年 ， 《吉他英雄》实验的参与者Ian Burkhart一头扎进海浪中 ， 头朝下撞到沙堤 ， 导致瘫痪 。撞击使他颈部的几块椎骨骨折 ， 脊柱受损 ， 也导致他胸部以下瘫痪 。
这些损伤阻碍了他大脑产生的电信号通过神经传递到肌肉 ， 再产生触发行为 。而在他参与研究期间 ， 技术帮他恢复了他所失去的功能 。他成功地进行了刷卡、倒水等行为 ， 这标志着瘫痪病人第一次通过植入大脑的设备成功控制了自己的肌肉 。
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▲2015年 ， Ian Burkhart使用基于脑部植入物的“神经搭桥”术玩《吉他英雄》的游戏
Ian Burkhart使用的系统是实验性的 ， 当研究结束后 ， 他也相应无法再自主控制肌肉 。为了改变这一点 ， 研究人员正在开发一种非侵入性可穿戴技术 ， 它无需植入大脑 ， 因此使用也更快速和方便 。
目前 ， 一些四肢瘫痪的人已经在使用这个系统来抓取物体 。研究人员的短期目标是将这种非侵入性技术商业化 ， 并希望明年这一技术可以获得美国食品和药物管理局（FDA）的批准 。
他们还有一个关于“双向神经搭桥”技术的长期愿景 。这一技术的实施将使用大脑植入物来接收信号 ， 并从放置在肢体上的传感器进行反馈 。这项技术已经开始进行临床试验 ， 他们希望这个双向系统能同时恢复运动和触觉 ， 让像Ian Burkhart这样的瘫痪患者能用双手演奏音乐 。
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