神经科学

假肢很快就带有触感?

具有触觉感官反馈的脑机界面允许猴子激活虚拟手臂并仅通过其大脑活动通过触摸选择虚拟对象。

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通过大脑活动的唯一干预,在设备(计算机,假体,机器人……)上起作用:近年来,任何瘫痪患者的梦想似乎越来越容易实现。北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学的Miguel 尼科利利斯(所谓的脑机接口的先驱)和他的同事们迈出了新的一步。他们开发了具有触觉感官反馈的脑机界面。

仅靠大脑活动来控制机器就需要人与机器之间的双向信息交换:一方面,必须分析与命令相关的人脑活动,然后由机器转化为行动;另一方面,机器必须给人反馈-反馈-以便他可以实时调整自己的动作。

迄今为止,进展主要涉及第一方面。 2006年,Nicolelis博士的团队教大鼠通过运动皮层(控制运动技能的大脑区域)中数十个神经元的活动来降低杠杆。 2008年,美国匹兹堡大学的安德鲁·施瓦兹(Andrew Schwartz)和他的同事训练了猴子,方法是使用植入在运动皮层中的电极来激活机械臂,从而给自己喂食。已经证明,在猴子身上测试的其他系统可以刺激肌肉使瘫痪的肢体运动。

在所有这些实验中,反馈主要是视觉反馈:动物通过观察结果来调整其行为。但是,这样的控制不足以再现诸如步行之类的复杂动作。有时使用触觉刺激(身体另一区域的振动,神经支配从瘫痪肢体转移到身体其他区域),但是这些方法几乎没有用。 尼科利利斯先生和他的团队设计的新的脑机接口也基于触觉反馈,但直接在大脑层面实时地起作用。

在两只猴子中,神经科学家一方面将微电极植入初级运动皮层,另一方面在初级体感皮层的某些区域(处理触觉信息的大脑区域)内植入微电极:一只手的代表,另一只腿的代表。猴子首先学会了使用触觉反馈。通过用操纵杆在屏幕上操纵虚拟手臂,他们不得不在三个虚拟磁盘中找到与眼睛相同的虚拟磁盘,该虚拟磁盘呈现出“正确”的纹理-产生奖励的(果汁)。这种纹理由直接发送到体感皮质的高频信号指示(另一个信号对应于第二个椎间盘,没有信号与第三个椎间盘相关联)。

然后,神经科学家停用了控制器。然后,猴子学会了控制虚拟手臂 通过 植入运动皮层中的电极以重新获得奖励。一个主要的障碍是两个植入的皮质区域非常紧密且相互连接的事实,这对接收和发送的信号造成干扰。尼古雷利斯(Nicolelis)和他的同事们在证实这种行为不会干扰猴子的学习后,每隔50毫秒交替刺激和记录大脑活动,从而克服了这一难题。

借助这种设备,猴子不仅可以仅通过其大脑活动来控制虚拟手臂,而且还具有直接的触觉反馈,从而可以调节传递给虚拟手臂的运动。 “如果还不能完全感觉到虚拟手臂的存在和归属,那将是重要的一步。据我所知,这是第一个脑机脑接口,“里昂神经科学研究中心的大脑动力学和认知团队的研究员杰里米·马特(JérémieMattout)解释说。下一步是改善脑植入物的安全性和兼容性,以及录音的寿命,以便长期在人类中使用此类设备。

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