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( 四 )
在传感器的设计上 ， 研究人员首先考虑的是人类皮肤如何向大脑发送反馈信息 。举例来说 ， 当使用者拿起一个装满热咖啡的一次性杯时 ， 压力会压缩握紧杯子的部分皮肤层 。当使用者将杯子拿起时 ， 皮肤会移动、拉伸和变形 。
研究人员开发的薄膜传感器可以检测杯子对皮肤的压力 ， 以及在使用者提起杯子时 ， 杯子施加在皮肤上的相对作用力 。这种微妙的反馈至关重要 ， 在这种情况下 ， 其允许力反馈的误差范围非常小 ， 因为如果使用者把杯子握得太紧 ， 杯中的热咖啡就会溢出来 。
研究人员设置的每个传感器都负责了不同的区域 ， 可以检测最小的压力或相互作用力 。通过汇总测量结果 ， 系统可以准确确定皮肤弯曲或伸展的情况 。处理器会将皮肤信息发送到大脑感觉皮层上的植入物中 ， 使用者就能相应感觉到手中的杯子 ， 并依据需要调整抓取力度 。
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▲与手部运动相关的大脑活动
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▲手上的双向系统记录运动皮层并刺激感觉皮层
此外 ， 找出刺激皮层的确切位置是研究人员面对的另一个挑战 。在研究人员绘制的运动皮层地图中 ， 感觉皮层接受手部输入的部分还没有通过电极详细地描绘出来 ， 部分原因在于 ， 指尖区域的感知隐藏在大脑中被称为中央沟的沟槽中 。
为了填补运动皮层地图的空白 ， 研究小组的人员与神经外科医生Ashesh Mehta 和 Stephan Bickel ， 以及一些住院的癫痫患者一起配合 ， 进行绘制癫痫活动图的程序 。
通过将深度电极用于刺激中央沟沟槽的区域 ， 并询问患者有感觉的部位 ， 研究人员能够将设备的触感反馈延伸至指尖等手部特定部位 。
接下来 ， 他们正在招募四肢瘫痪的志愿者参与研究 。团队中的神经外科医生将在志愿者的感觉皮层植入三排电极 ， 在运动皮层植入两排电极 。而刺激感觉皮层可能会给解码算法带来新的挑战：运动皮层中的神经信号会对电信号的接收产生影响 ， 因此研究者也需要克服这一问题 。
在这项研究中 ， 研究人员增加了另外一个附加刺激 。除了对前臂肌肉和感觉皮层进行刺激 外 ， 新研究还将对使用者的脊髓进行刺激 。
原因在于 ， 在脊髓的复杂网络中有一千万个神经元 ， 早期研究表明 ， 即使没有来自大脑的指令 ， 这些神经元也具有能在短暂时间引导身体运动的能力 。
研究人员会让志愿者专注于做预期设定好的运动 ， 在前臂搭载电极的帮助下进行身体运动 ， 并接收来自手部传感器的反馈 。如果研究人员在这个过程中刺激志愿者的脊髓 ， 将可以促进其复杂网络内的可塑性 ， 从而增强与手部运动有关的脊髓神经元之间的连接 。这个研究小组的梦想是让脊髓受损患者的手能够恢复正常 。
这篇文章的作者Chad Bouton是这个研究小组的一员 ， 他说：“总有一天 ， 我们为瘫痪病人提供大脑植入物的技术能获得临床证明并批准使用 。我们希望看到他们用双手做出复杂的动作 ， 我们希望看到他们系鞋带 ， 用键盘打字以及弹钢琴 。我们的目标是让这些人在与亲人握手的时候能感觉到回握 。我们要恢复他们的运动和知觉 ， 并最终恢复他们独立生活的能力 。”
结语：当科技成为人身体的一部分
这篇文章呈现的 ， 是一位研究人员对团队正在进行探索项目的解读和阐述 。他们开发了可穿戴设备和大脑植入物两种方式 ， 进行了多次试验 ， 试图让瘫痪病人重新进行自主活动 ， 重新感觉到知觉 。
【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】当科技成为人身体的一部分会怎么样？这项研究或许能提供给我们一个答案 。可穿戴设备、脑机接口、电子皮肤……这些正在逐步发展和完善的技术 ， 或许在将来的某一天 ， 可以帮助越来越多不幸的人恢复正常人的生活 。
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