關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
我們的身體被設定為移動，而受損的線路通常無法修復。中風和脊髓損傷可以迅速斷開大腦中啟動運動的部分與執行運動的神經和肌肉之間的連線，而諸如帕金森病和肌萎縮性脊髓側索硬化症（ALS）等神經退行性疾病也會導致同樣的效果。科學家們一直在尋找一種方法，透過腦機介面（BCI）技術，將大腦直接連線到輔助裝置（如機器人肢體），從而繞過受損的神經。現在，研究人員已經證明了在頭骨外部非侵入性地記錄神經訊號，並將它們解碼為可用於移動假肢的資訊的能力。
過去開發BCI來驅動人造肢體的努力需要在腦內直接插入電極。植入探針所需的手術以及植入物可能無法保持原位的可能性使得這種方法具有風險。
另一種方法——從大腦外部記錄神經訊號——也有其自身的挑戰。“很長一段時間以來，人們認為不可能使用腦電圖來提取有關人類運動的資訊，”神經科學家和電氣工程師何塞·孔特雷拉斯-維達爾說。他補充說，在試圖記錄頭皮上的大腦電活動時，“人們認為這些訊號的信噪比和資訊含量是有限的。”
顯然，事實並非如此。在3月份的《神經科學雜誌》上，孔特雷拉斯-維達爾和他在馬里蘭大學學院公園生物工程和人體運動學系的團隊表明，使用非侵入性腦電圖記錄的嘈雜腦電波可以透過數學方法解碼為關於複雜人類運動的有意義的資訊。“這意味著我們可以使用非侵入性方法來開發下一代腦機介面機器，”孔特雷拉斯-維達爾說。“它可以大大擴充套件臨床和康復應用範圍。”
使用者無需進行腦部手術，只需佩戴一個覆蓋電極的頭套，該頭套記錄來自神經元的電脈衝——唯一涉及的混亂是將透明凝膠塗抹在頭上以增強傳導性。一些患者已經使用頭套透過文字處理器進行交流。（螢幕上閃爍的字母的識別會向文字處理器發出選擇該字母的訊號。）下一步是將解碼的運動資訊付諸實踐。“我們希望證明，中風患者或截肢者將能夠控制輔助裝置，”孔特雷拉斯-維達爾說。他已經有健康的志願者測試兩種不同的設定：一種是讓他們在螢幕上移動計算機游標；另一種是讓他們控制人造手。
孔特雷拉斯-維達爾還希望將感覺反饋整合到系統中，以最佳化使用者對裝置的控制。“到目前為止，在所有研究中，人們都使用視覺反饋來閉合使用者和機器之間的迴路，”他說。“我們認為使用其他型別的反饋也很重要，因為與一個人從完整肢體獲得的感覺訊號相比，視覺訊號是慢速訊號。”
這種系統是否適用於有長期神經損傷的患者尚不清楚。這些患者多年來沒有啟用其產生運動的神經元或接收相關的感覺反饋，並且可能會產生基於異常腦電波的運動資訊。“我們正在開始研究患者群體來回答這個問題，”孔特雷拉斯-維達爾說，他將中風患者和肘部以下截肢者作為第一批測試物件。“我們知道大腦具有高度冗餘性，因此我們認為，即使大腦中存在缺失，我們也可能能夠從其他地方解碼。使用腦電圖的一個優點是，可以訪問整個大腦，而不僅僅是特定區域。”