有一天假肢會(huì)被人類思想所控制嗎

近二十年來(lái)，斯坦福大學(xué)電氣工程教授Krishna Shenoy 和他的神經(jīng)修復(fù)術(shù)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)室的神經(jīng)科學(xué)家 一直致力于植入式腦傳感器，使他們能夠記錄和破譯控制身體運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元的電活動(dòng)。

長(zhǎng)期目標(biāo)：建立假肢，截肢者和癱瘓者可以控制他們的思想。

目前，分析神經(jīng)活動(dòng)的過(guò)程耗時(shí)且費(fèi)力。但是 在 神經(jīng)元雜志的一篇論文中，Shenoy和他的團(tuán)隊(duì)表明，他們已經(jīng)建立了一種研究大腦電活動(dòng)的簡(jiǎn)單方法。他們的研究結(jié)果有朝一日可以打開超級(jí)緊湊，低功耗，潛在無(wú)線大腦傳感器的新時(shí)代，這將使思想控制的假肢得到更廣泛的應(yīng)用。

從本質(zhì)上講，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)規(guī)避了今天追蹤單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)的艱苦過(guò)程，有利于解碼聚合中的神經(jīng)活動(dòng)。每次神經(jīng)元發(fā)射時(shí)，它都會(huì)向下一個(gè)神經(jīng)元發(fā)送一個(gè)電信號(hào) - 稱為“尖峰”。正是這種細(xì)胞間的交流將心靈中的觀念轉(zhuǎn)化為身體其他部位的肌肉收縮。“每個(gè)神經(jīng)元都有自己的電子指紋，沒有兩個(gè)是相同的，”Shenoy實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，該論文的第一作者Eric Trautmann說(shuō)。“我們花了很多時(shí)間來(lái)分離和研究個(gè)體神經(jīng)元的活動(dòng)。”

神經(jīng)科學(xué)家將這個(gè)過(guò)程稱為“尖峰排序”，并且必須在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中對(duì)每個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行一次研究，這種努力每年耗費(fèi)數(shù)千小時(shí)的研究人員時(shí)間，并且隨著科學(xué)家建造更大的植入物，這種努力將變得更加耗時(shí)。電極數(shù)量。實(shí)際上，研究人員估計(jì)傳感器將有1000個(gè)或更多的電極 - 從現(xiàn)在的100個(gè)開始 - 此時(shí)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)需要100個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間的神經(jīng)科學(xué)家手動(dòng)對(duì)尖峰進(jìn)行分類。

為了記錄許多神經(jīng)元的活動(dòng)而沒有尖峰分選的復(fù)雜性，研究人員從統(tǒng)計(jì)學(xué)中借鑒了一個(gè)理論，該理論表明即使在單個(gè)電極上記錄了幾個(gè)神經(jīng)元，它們也能揭示大腦活動(dòng)的模式。然后他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了他們的方法 他們使用了一種新型電極，用于拾取小鼠的大腦信號(hào)，并采用這種技術(shù)記錄恒河猴的大腦信號(hào)。他們同時(shí)記錄了數(shù)百個(gè)神經(jīng)元，并證明他們可以獲得猴子大腦活動(dòng)的準(zhǔn)確描述，而無(wú)需進(jìn)行穗分類。

研究人員相信，他們的工作將最終導(dǎo)致神經(jīng)植入物使用更簡(jiǎn)單的電子設(shè)備來(lái)跟蹤比以往更多的神經(jīng)元，并且也更準(zhǔn)確地這樣做。關(guān)鍵是將復(fù)雜的新采樣算法與這些小電極相結(jié)合。到目前為止，這種小電極僅用于控制像計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)這樣的簡(jiǎn)單設(shè)備。但是，將用于記錄腦信號(hào)的硬件與采樣算法相結(jié)合，創(chuàng)造了新的可能性。研究人員可能能夠通過(guò)大腦的較大部分部署小電極網(wǎng)絡(luò)，并使用算法對(duì)大量神經(jīng)元進(jìn)行采樣。這可以提供足夠準(zhǔn)確的大腦信號(hào)信息來(lái)控制能夠快速和精確運(yùn)動(dòng)的假肢手，例如投球或拉小提琴。

更好的是，Trautmann說(shuō)，新的電極，加上采樣算法，最終應(yīng)該能夠記錄大腦活動(dòng)，而無(wú)需今天需要的許多電線將信號(hào)從大腦傳送到任何計(jì)算機(jī)控制假體。無(wú)線功能將徹底解除當(dāng)前解碼神經(jīng)元活動(dòng)所需的龐大計(jì)算機(jī)用戶的需求。

“這項(xiàng)研究有一個(gè)充滿希望的信息，即大腦中的觀察活動(dòng)比我們最初的預(yù)期更容易，”Shenoy，Hong Seh和Vivian WM Lim工程學(xué)教授以及該論文的高級(jí)作者說(shuō)。