瘫痪的人可以使用意念控制轮椅自由行动
2022-11-28 15:42:41来源：cnBeta
通过将用户的想法转化为机械指令，一种意念控制的轮椅可以帮助瘫痪者获得新的行动能力。研究人员在今天发表在《iScience》杂志上的一项研究中证明，四肢瘫痪的用户在经过长时间的训练后可以在自然、杂乱的环境中操作意念控制的轮椅。
"我们的研究表明，用户和脑机接口算法的相互学习对用户成功操作这种轮椅都很重要，"该研究的通讯作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的José del R. Millán说。"我们的研究强调了改进非侵入性脑机接口技术的临床转化的潜在途径。"
Millán和他的同事为这项纵向研究招募了三名四肢瘫痪的人。每位参与者都接受了每周三次的训练课程，为期2至5个月。参与者头戴设备，通过脑电图(EEG)检测他们的大脑活动，这些活动将通过脑机接口设备转换为轮椅的机械指令。参与者被要求通过思考移动他们的身体部位来控制轮椅的方向。具体来说，他们需要思考移动双手来转向左，移动双脚来转向右。
在第一次训练中，三名参与者的准确率水平相似--当设备的反应与用户的想法一致时，准确率约为43%至55%。在训练过程中，脑机接口设备团队看到参与者1的准确性有了明显的提高，在训练结束时，他的准确性达到了95%以上。该团队还观察到，在团队用新的算法更新参与者3的设备之前，他的准确率在训练的一半时间里增加到98%。
在参与者1和3身上看到的改进与特征辨别力的提高有关，这是算法区分编码为"向左走"想法和"向右走"想法的大脑活动模式的能力。研究小组发现，更好的特征判别能力不仅是设备的机器学习的结果，也是参与者大脑学习的结果。参与者1和3的脑电图显示，当他们提高思想控制设备的准确性时，脑波模式发生了明显的转变。
"我们从脑电图结果中看到，受试者已经巩固了一种技能，即调节他们大脑的不同部分以产生'向左走'的模式和'向右走'的不同模式，"Millán说。"我们相信，有一种皮质重组是由于参与者的学习过程而发生的。"
与参与者1和3相比，参与者2在整个训练过程中的大脑活动模式没有明显变化。他的准确率只在前几次训练中略有增加，在训练期的其余时间里保持稳定。Millán说，这表明仅靠机器学习不足以成功操纵这样一个意念控制的设备。
训练结束时，所有参与者都被要求驾驶他们的轮椅穿过一个杂乱的医院房间。他们必须绕过障碍物，如房间的隔板和医院的床，这些都是为了模拟真实世界的环境而设置的。参与者1和3都完成了任务，而参与者2未能完成。
看来，要想让一个人获得良好的脑机接口控制，使他们能够完成相对复杂的日常活动，如在自然环境中驾驶轮椅，这需要对我们的大脑皮层进行一些神经可塑性重组。
该研究还强调了用户长期训练的作用。Millán说，尽管参与者1在最后的表现异常出色，但他在最初的几次训练中也很挣扎。
这项纵向研究是评估无创脑机接口技术在四肢瘫痪者身上的临床转化的首批研究之一。
接下来，研究小组希望弄清楚为什么参与者2没有体验到学习效果。他们希望对所有参与者的大脑信号进行更详细的分析，以了解他们的差异和未来对在学习过程中挣扎的人可能采取的干预。
