脑机接口成沟通方式，帮助渐冻症患者实现再次交流！
文章来源：贤集网发布日期：2022-04-07浏览次数：92 脑机接口又有了新的进展，，让肌萎缩侧索硬化症（渐冻症）而处于完全锁定状态的患者，能够使用脑机接口进行口头交流。
1、渐冻症患者在于外界交流的过程中有怎样的难点呢？
渐冻人，即ALS，医学上叫做肌萎缩侧索硬化是成人运动神经元病中常见的形式，其年发病率为 10 万个人里面有2-3个发病。以进行性上、下运动神经元损害为主。临床上表现为上下肢无力，一般多为单一部位起病，可以为上、下肢或球部，并且通常由一个部位进展至另一个部位，但少数患者初的发病时可表现为两个部位同时受累，后期出现肌肉萎缩，球麻痹， 终导致呼吸衰竭，80-90%的患者将在发病5年内死亡。
当疾病发展严重时，患者只能通过细微的眼球运动来回答“是”或“否”的问题，通常他们会使用眼动追踪摄像头来选择屏幕上的字母进行交流。但当患者完全失去肌肉控制能力，甚至无法控制他们的眼球运动和呼吸能力时，他们就完全失去了与家人、照顾者和外界其他人交流。
为了克服这个问题，两位科学家的团队转向了这种类型的听觉反馈脑机接口研究，而参与该研究的渐冻症患者今年37岁，他大的愿望便是和家人交流，特别是自己的孩子。
该研究通过手术将两个3.2毫米宽的方形“皮质内微电极阵列”植入负责运动的大脑皮层，即运动皮层。每个微电极阵列上带有数十根用于记录神经信号的微针，然后电线将信号馈送到一个与患者颅骨相连的连接器上。在外部，连接器上设有放大器，能够将信息数字化并将其发送到计算机。
当患者无法移动时，这种植入设备能够读取患者的大脑信号并记录其移动冲动。这些大脑信号被实时发送给计算机，计算机学会将这些运动尝试分类为“是”或“否”的响应，使得患者能够回答其他人询问的问题。此外，这套设备还可向患者大声朗读字母，患者可以对每个字母回答“是”或“否”以拼写出单词。
手术后大约 3 个月，患者能够成功地使用神经反馈来控制脑机接口。大约半个月后，他开始选择字母并拼出单词和短语，这个过程很慢，大约每分钟一封信，但让病人恢复了与周围人的一些交流，他终甚至感谢作者并拼出：“伙计们，这很容易。”
虽然患者能够使用基于神经反馈的脑机接口与家人交流，但这个系统并不完美。这种脑机接口所涉及的技术非常昂贵，并且需要大量的时间和精力，例如必须对护理人员进行培训以设置系统并验证患者的反应，以便患者可以使用大脑植入物进行有效沟通。
虽然患者通过 BCI 系统建立了对外界的有效沟通方式，但是否可持续使用仍是一个不能忽视的问题。
根据论文结果，在该技术使用一段时间后，患者的自由拼写能力有所下降，目前主要回答“是”或“否”的情况。“这有可能是植入电极周围产生的结痂遮蔽了神经信号导致的，也可能是由于患者的大脑正在失去控制设备的能力。”伍冬睿说。
2、侵入式 BCI 系统“植入式电极+神经反馈”
研究人员通过脑外科手术，将 3.2mm2 大小的两个微电极阵列在该患者的大脑皮层表面植入，每个电极阵列有 64 个针状电极，用来记录神经信号。
这位患者是具备意识及认知能力的完全闭锁综合征患者（completely locked-in patient），由于他已完全丧失自主肌肉控制能力，只能根据听觉反馈来调节大脑中神经元的脉冲发放率。
通过这种新技术，他每次选择一个字母，进而形成单词、短语及句子来表达需求，再通过机器传达想法，以约每分钟 1 个字符的速度，实现了与外界的交流。
这种方式比较巧妙，它采取了一种相对较为容易实现的技术，实现了完全闭锁状态的渐冻人的交流。从本质上说，这个 BCI 实现的功能是对患者脑中所想的“是”或“否”的选择，并且由患者直接反馈该判断是否准确。
从实际应用角度来看，该技术提供了一种更直接的沟通方式，能够更好地将患者的意图表达出来。但他同时指出，基于听觉反馈的拼写速度有待改善。“目前，该技术的拼写速度为每分钟 1 个字符，在交互效率方面还可以进一步提升。”
3、脑机接口系统在技术层面还有以下三项优化空间。
第一，植入式电极的信号质量会随着植入时间变长而慢慢退化，让系统性能慢慢下降。因此，需要生物兼容性更好的电极。“植入式电极的寿命会受到周围神经元结痂的影响，所以，一般来说其使用寿命短于 5 年。”他表示。
第二，电极植入的位置、数量等也可以进行进一步优化，提取更稳定、更有区分度的特征。
第三，即使电极没有问题，神经信号的质量本身并不稳定，会随时间产生变化。因此，解码算法的参数可能需要每天或不定时校准。
4、脑机接口技术领域未来将会如何发展呢？
根据 2022 年的一项研究，该领域会迎来至少以下四大发展趋势：
一是脑机信息交互手段从原来的以电为主，走向电、光、磁、声等各种手段的综合；
二是脑机融合的增强能力逐步从行为增强到各种感知增强，乃至认知的增强；
三是脑机技术研究的硬件向柔性、无线，以及更加微小化、更加高通量和低功耗方向发展；
四是脑机接口技术有望在神经/精神疾病的诊断、治疗、康复等临床应用领域，引领新的技术发展。
5、未来展望
关于这项研究的统计分析。在2019年发现了两项不当行为，并收回了两份文件。乔杜里说，这两位作者提起诉讼，对不当行为的调查结果提出质疑。Scherer对fNIRS的研究持怀疑态度，他说植入性仪器的结果“肯定更可靠”。
总的来说，脑机接口技术通过识别大脑的意图用直接的方式表达想法，极大地提升了人们获取信息的效率。从改善瘫痪患者的生活方式到对神经精神类疾病的临床治疗，脑机接口仍然“任重道远”。
