近日，國(guó)外研究人員開(kāi)發(fā)出一種旨在幫助癱瘓患者控制輪椅、假肢等設(shè)備的皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口，首次將獼猴三個(gè)運(yùn)動(dòng)腦區(qū)的神經(jīng)信號(hào)與沉浸式3D VR系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需外顯動(dòng)作、無(wú)需反復(fù)訓(xùn)練的實(shí)時(shí)速度控制，從而為真實(shí)世界中的腦控輪椅或假肢帶來(lái)全新可能。

傳統(tǒng)的皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口研究大多局限于實(shí)驗(yàn)室中的光標(biāo)點(diǎn)擊或機(jī)械臂抓取，場(chǎng)景簡(jiǎn)單、維度有限，難以應(yīng)對(duì)真實(shí)世界中不斷變化的障礙物與路徑。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，一支研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的3D VR腦機(jī)接口方案，成功讓獼猴僅憑“被動(dòng)注視”虛擬環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)，就能實(shí)時(shí)控制一個(gè)三維球體或化身的速度、實(shí)現(xiàn)連續(xù)導(dǎo)航與避障.整個(gè)過(guò)程不依賴任何肢體動(dòng)作，解碼器也無(wú)需在線重新訓(xùn)練。

所述方案的核心突破體現(xiàn)在三個(gè)方面：

• 多腦區(qū)協(xié)同解碼：研究人員同步記錄了獼猴初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層（M1）、背側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層（PMd）和腹側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層（PMv）的神經(jīng)信號(hào)。這三個(gè)區(qū)域共同參與運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃與執(zhí)行，聯(lián)合解碼使得三維空間速度控制更加靈活、精準(zhǔn)。
• 沉浸式3D VR導(dǎo)航系統(tǒng)：團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)逼真的三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，配備動(dòng)態(tài)攝像機(jī)追蹤功能。獼猴需要腦控一個(gè)球體或化身，在復(fù)雜場(chǎng)景中連續(xù)運(yùn)動(dòng)、繞過(guò)障礙物。這高度模擬了現(xiàn)實(shí)世界中輪椅或假肢的導(dǎo)航任務(wù)，遠(yuǎn)非傳統(tǒng)“光標(biāo)在平面移動(dòng)”可比。
• 零動(dòng)作、零重訓(xùn)練，依賴神經(jīng)可塑性：整個(gè)解碼器的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，僅來(lái)源于獼猴被動(dòng)觀察VR環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)（即“注視”），不要求它們做出任何外顯動(dòng)作。在線腦控階段，解碼器參數(shù)固定不變，系統(tǒng)完全依靠使用者自身的神經(jīng)可塑性來(lái)適應(yīng)不同環(huán)境、目標(biāo)和障礙物。這意味著，未來(lái)癱瘓患者無(wú)需反復(fù)校準(zhǔn)設(shè)備，也無(wú)需進(jìn)行費(fèi)力動(dòng)作訓(xùn)練。

研究團(tuán)隊(duì)指出，現(xiàn)有腦機(jī)接口在家庭環(huán)境中難以推廣的重要原因之一，就是真實(shí)世界充滿不可預(yù)測(cè)的事件，需要大腦快速在線修正。而該方案利用前運(yùn)動(dòng)皮層與初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的協(xié)同活動(dòng)，天然支持這種靈活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，三只獼猴均能成功實(shí)現(xiàn)三維速度控制，并在不同任務(wù)間平穩(wěn)切換。

所述技術(shù)目前已在獼猴身上完成驗(yàn)證，下一步將向臨床轉(zhuǎn)化。對(duì)于因脊髓損傷或肌萎縮側(cè)索硬化而癱瘓的患者，這套僅需“被動(dòng)注視”即可使用的VR腦機(jī)接口，或許能讓他們重新獲得輪椅導(dǎo)航、假肢操控甚至虛擬社交的能力。

來(lái)源：映維網(wǎng)

鏈接：https://news.nweon.com/139577

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3876

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