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( 三 )
传感器获取的数据被输入到机器学习算法中 ， 研究人员通过数据判断出志愿者的抓捕意图 。然后 ， 志愿者前臂上的柔性电极按特定顺序刺激肌肉 ， 达到让志愿者的手部根据意识活动的目的 。
在一次测试中 ， 志愿者Casey Ellin用这种可穿戴的“神经搭桥”系统从桌子上拿起了一块燕麦棒 ， 然后将燕麦棒送入嘴里咬了一口 。这一案例被刊登在研究人员于2020年发布在《Bioelectronic Medicine》期刊的文章中 。
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▲曾因脊髓损伤导致部分瘫痪的Casey Ellin ， 使用早期可穿戴式“神经搭桥”系统原型进行测试
这个研究团队正在努力将传感器和刺激物集成到轻便且不起眼的可穿戴设备中 。他们还开发了与可穿戴设备配对的应用 ， 以便临床医生对刺激设置进行检查和调整 。这个应用可以将程序数据上传到云端 ， 未来可能会用于远程医疗恢复 。
为了加快校准刺激模式的过程 ， 研究人员在健全志愿者和瘫痪志愿者的帮助下 ， 建立了一个数据库 ， 用于研究这些模式是如何映射到手部运动的 。虽然每个人对刺激的反应不同 ， 但是其中的相似性足以用来训练系统 。
这个数据库类似于亚马逊的Alexa语音助手 ， 它接受了数千种语音的训练 ， 开箱即用且随时可用 。而随着时间的推移 ， 研究人员还将进一步完善它对特定用户语言模式的理解能力 。
可穿戴设备也将在近期准备就绪 ， 初级设备可以提供让人打开和合上手的基本功能 ， 后续 ， 研究人员将通过继续了解用户意图 ， 从而帮助每个用户完成对他们来说最重要的动作 。
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▲研究人员手持最新版本的可穿戴贴片（左）使用者将贴片佩戴在前臂 ， 可以刺激神经和肌肉（右）
研究人员称 ， 这项技术可以帮助到脊髓损伤和中风康复的人 。他们与好牧人康复医院（Good Shepherd Rehabilitation Hospital）与巴罗神经学研究所（Barrow Neuroologic Institute）进行了合作 ， 以测试他们的技术 。
中风患者通常会使用这个设备接受神经肌肉电刺激 ， 以协助患者自主运动 ， 或帮助患者恢复运动功能 。有相当多的证据表明 ， 当病人在电极刺激正常肌肉的同时尝试做动作时 ， 这种康复疗法效果更好 。大脑和肌肉联合运动已被证明可以增加神经系统适应损伤的能力 ， 也就是所谓的“可塑性” 。因为刺激是需要患者用意图激发的 ， 所以“神经搭桥”系统将确保患者充分参与 。研究人员计划能随着时间的推移收集数据 ， 此外 ， 他们还希望将来即使这个系统关闭了 ， 患者依旧能恢复自身的某些功能 。
尽管可穿戴设备的应用令人兴奋 ， 但如今在技术的初级阶段 ， 非侵入性的技术并不能轻易控制复杂的手指运动 。研究人员并未指望GlidePath技术能让使用者立即就能玩《吉他英雄》 ， 甚至弹奏真正的吉他 。他们正在继续研究一种包括大脑植入配合的“神经搭桥” ， 以提升系统的控制能力 。
Ian Burkhart在使用早期版本的“神经搭桥”技术时说道 ， 这个系统向能独立使用迈出了一大步 ， 但还有很多实际的东西没被考虑到 。“我手里拿着东西 ， 但我对此没有感觉 ， 这是很奇怪的 。”确实 ， 像扣衬衫扣子这样的日常工作确实需要感官反馈 ， 而后 ， 研究人员才决定进行一项双向“神经搭桥”手术 ， 将运动指令从大脑传送到手 ， 并将感觉反馈从手传送到大脑 。传输过程跳过患者受损的脊柱 ， 在两个方向中来回移动 。
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▲“神经搭桥”工作流程图解
五、通过在大脑皮层中植入设备 ， 使瘫痪病人重新活动和感知
为了让使用者能从瘫痪的手中产生感觉 ， 研究人员既需要在使用者手上安装精密调节的传感器 ， 也要在大脑的感觉皮层区域植入电极阵列等植入物 。
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