大脑植入物可以让被困的人将想法转化为书面句子

由柏拉图重新发布

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ALS（肌萎缩侧索硬化症）是极其残酷的。随着控制运动的神经元慢慢死亡，你就会失去行走、说话和呼吸的能力。你的思维仍然敏锐，但你完全被锁在里面，没有任何方式与外界沟通。

这是一位37岁男子的经历。 30 岁时被诊断出来，仅仅 4 个月后，他就失去了说话和行走的能力。两年后，他的眼睛再也无法移动，这是他与妻子和年幼的儿子交流的唯一方式。他通过呼吸机呼吸，完全瘫痪，被困在自己的大脑里。

这名男子决心冲破肉体的牢笼，于是报名参加了高度实验性的程序。通过手术将两个微电极阵列植入控制运动的大脑区域。手术后仅100多天，经过大量训练，患者能够用自己的大脑用完整的句子说出自己的想法。

他的第一个要求？改变他的身体姿势，让他更舒服。他的下一个？ “我想听听工具 [一支乐队]大声，”然后是“现在来杯啤酒。”

“人们真的怀疑这是否可行，” 说过乌得勒支大学医学中心的 Mariska Vansteensel 博士没有参与这项研究，科学.

如果得到复制，该系统有望为数十万因肌萎缩侧索硬化症、中风、癌症或脑外伤而陷入困境的人恢复沟通。目前，该方法距离临床应用还很远。抛开多年的培训不谈，该手术是针对每个人量身定制的，头两年的费用至少高达 500,000 万美元。

该领域也陷入争议，该研究的两位作者卷入科学不端丑闻他们的过去对锁定患者的研究。至于这项新工作，弗莱堡大学的脑植入专家 Natalie Mrachacz-Kersting 博士表示：“她没有参与其中，但了解他们的历史。”我想说这是一项扎实的研究设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“

病人一点也不在乎。 “首先我要感谢”该研究的主要作者 Niels Birbaumer 博士，他用心说道。一年后，“我最大的愿望是一张新床，明天我和你们一起去烧烤，”他告诉家人。

那里的漫长道路

脑部手术并不是任何人的首选。

确诊后，该男子制定了一个任何与 ALS 作斗争的家庭都熟悉的游戏计划。它的中心是一个眼球追踪设备，他可以用它来表达他的想法。但随着眼睛周围的肌肉逐渐衰竭，他无法再固定视线，追踪器也失去了作用。随后，这家人开发了自己的纸笔系统，以便他们可以根据他的眼球运动来追踪简单的想法。这是基本的：任何可观察到的眼球运动都被认为是“是”，否则他们会认为“不是”。

意识到自己可能很快就会失去所有眼睛控制能力，患者开始了仅通过大脑电信号进行交流的旅程。随着功能日益强大的软件和生物相容性脑植入物的兴起，将大脑与计算机连接起来以及绕过神经损伤，正在爆炸性地发展成为一种广泛有效、但仍处于实验阶段的对抗瘫痪的策略。

从非侵入性设置开始，他在头骨表面安装了电极，以捕获大脑的广泛电模式。由于头骨会散射信号并带来噪音，因此该系统还测量了眼睛上的电信号，作为单独的数据源。开发者该研究的作者 Birbaumer 和他的长期合作者 Ujwal Chaudhary 博士表示，该系统以二元“是”或“否”的方式工作。

一年之内，通讯再次失败。预计自己的命运将被完全锁定，这名男子与他的妻子和妹妹一致，完全避开了眼睛。相反，他们选择大脑植入物直接利用他的神经信号。

路还很长

2018 年 64 月，就在他确诊三年后，该男子的运动皮层中植入了两个微阵列电极。每个植入物都包含 XNUMX 个通道，用于监听他的大脑活动，以此作为解码和与外界交流的一种方式。

这不是什么新想法。 2016年的一项研究在一名女性身上使用了大脑植入物（总共 16 个电极），通过想象她手上的动作来控制打字。与当前的患者不同，她仍然能够眨眼，这使她的情况有所不同。研究作者说：“我们真的不知道一旦所有肌肉控制失效，是否仍然可以进行交流，即使是通过大脑信号进行交流。”

几乎立刻，他们就碰壁了。植入一天后，虽然患者仍然可以移动眼睛，但研究小组要求他依靠家人之前传达“是”或“否”的策略，同时监测他的大脑信号。不幸的是，信号太弱了。要求患者想象手、舌头或脚的运动——所有这些都是以前工作中的技巧——也未能产生能够解码他的意图的神经信号。

令人沮丧的近三个月后，团队改变了策略。他们利用了神经反馈技术，这种方法允许人们通过实时反馈来修改他们的大脑信号，以确定他们是否成功。这听起来像是学术与新时代冥想的结合，而且作为一种训练范式有点不寻常。但神经反馈正在测试中作为一种自我控制大脑功能的方法，用于治疗各种疾病，包括焦虑，抑郁.、失眠、成瘾等，取得了不同程度的成功。

在这里，研究小组使用听觉神经反馈作为更好地测量植入电极附近神经反应的方法。他们首先演奏一个音调，并要求该男子尝试将音调调高或调低。在幕后，该男子的神经放电根据音调的不同而加快或减慢，从而提供了强大的基线。

这个策略奏效了。患者第一次尝试就能够改变音调。两周之内，他只需集中注意力就能跟上语气。这些初步测试使团队能够挑选出高度反应的神经元，并利用这些数据，他们设计了一个简单的策略：通过保持高或低的音调，他可以首先表示“是”或“否”，然后表示单个字母。

漫漫长路

训练很艰苦。在每个治疗日，团队都会在该男子休息时进行 10 分钟的基线记录。

作者解释说，“这就是我们如何运行我们的软件程序来确定不同个体通道的放电率”，以了解哪些通道最适合神经反馈。总体而言，该男子在继续进行拼写课程之前匹配了 80% 的反馈。在最初的三天内，他能够拼写自己、妻子和儿子的名字。

但这仍然是一项艰巨的任务：即使经过数月的训练，他也能以大约每分钟一个字符的速度进行交流，或者每天 131 个字符。这只是可以理解的。不幸的是，即使经过训练，速度也没有提高。

尽管很辛苦，这名男子还是能够联系到他的护理团队和家人。其中一条信息要求他在有访客时将头抬起来。另一个要求不穿衬衫，但晚上要穿袜子。

“他甚至提出了通过拼写‘打开单词识别’来提高拼写能力的建议，”作者在植入后大约六个月说道。一年之内，他对团队说“孩子们，这太轻松了”，并请他的妻子在他的喂食管里吃了一顿丰盛的“炖牛肉汤和甜豌豆汤”晚餐。

可悲的是，时间并没有站在他这一边。在他植入后的三年里，通讯速度减慢，错误越来越多，甚至到了完全无法理解的程度。

为什么会发生这种情况仍然是个谜，但专家认为这可能是因为电极周围形成疤痕组织，从而抑制了大脑的信号。尽管作者没有报告植入区域有任何炎症或感染，但这始终是一个风险。

但作为一项开拓者，这项研究为那些被困在其中的人描绘了一个新的开始。这是一种很高的回报，同时也伴随着极高的责任：许多患者在这个阶段可能已经走到了生命的尽头。我们对能够解读他们对治疗和医疗决策的意见的技术有多大信心？如果大脑植入物误解了涉及他们护理的想法，会发生什么？对于无法治愈的疾病，随着大脑慢慢消失，这些心灵机器桥梁何时会成为亲人的虚假希望？

目前，这位勇敢的病人并不关心这一切。有了植入物，他让四岁的儿子看迪士尼的电影 罗宾汉，或亚马逊上的“女巫与巫师”。 “我爱我的酷儿子，”他用脑子说道。

图片来源：维斯中心

时间戳记： 2022 年 3 月 30 日