人脑控制假肢几乎一样好一个手指打字

当我们类型或执行其他精确的任务时,我们的大脑和肌肉通常毫不费力地一起工作。

但当神经系统疾病或脊髓损伤塞维之间的连接大脑和四肢,once-easy运动变得困难或不可能的。

近年来,研究人员试图给人遭受伤害或疾病恢复运动功能通过开发思维控制假肢。

这类设备利用有关的大脑区域,绕过受损的连接和提供思考命令虚拟键盘等设备。

但大脑是复杂的。行动和思想是由数以百万计的神经元-生物开关火快或慢的动态模式。

人脑控制假肢目前工作提供的样本只有几百神经元,但需要估计电机命令涉及数以百万计的神经元。那么小样本中的错误——神经元火速度过快或过慢减少思维控制键盘的精度和速度。

现在一个跨学科的斯坦福大学电气工程师领导的研究小组已经开发出一种技术,使人脑控制假肢Krishna Shenoy更精确。本质上假肢分析神经元样本,让几十个纠正调整估计大脑的电流模式——都在眨眼之间。

谢诺的团队测试了人脑控制光标操作虚拟键盘。该系统用于瘫痪和的人肌萎缩性脊髓侧索硬化症(肌萎缩性侧索硬化症),也叫卢伽雷氏症。ALS降低一个人的能力。思想控制键盘将允许一个人瘫痪或ALS运行一个电子轮椅和使用电脑或平板电脑。

“人脑控制假肢将导致大幅改善生活质量,“谢诺伊说。“这个假肢的速度和准确性证明结果从多年的基本神经科学研究相结合,从这些科学发现与数学的原则设计控制算法。”

大脑动力学

新的矫正技术是基于一个最近发现的了解猴子自然执行手臂的运动。研究人员研究了动物在各方面都是正常的。猴子们用他们的手臂,手和手指目标呈现在屏幕上。研究人员试图通过数以百计的实验是学习电气模式从100 - 200 -神经元样看上去就像在一个正常的范围。简而言之,他们来理解“大脑动力学”的底层实现手臂动作。

“这些大脑动力学特征类似于规则的交互的数以百万计的神经元控制动作,”乔纳森说花王,博士生在电气工程和第一作者的自然通讯论文的研究。“他们使我们更精确地使用小样本。”

在他们当前的团队成员蒸馏实验Shenoy大脑动力学的理解成一个算法,可以分析测量的电信号,假肢器官从采样获得神经元。算法调整这些测量信号样本的动态基线大脑动力学。我们的目标是使思想控制假肢更精确。

测试该算法的斯坦福大学研究人员训练两只猴子选择目标一个简化的键盘。键盘由几行和列的空白。当一个光闪现在给定的圆的猴子被训练达到圆他们的手臂。

设置一个性能基线研究者测量了多少目标猴子可以用手指点击30秒。猴子们平均29正确的手指叩击30秒。

真正的实验只进了虚拟水龙头,来自猴子的人脑控制光标。虽然猴子可能还有移动手指,研究者只统计了人脑控制光标时,修正的算法,把虚拟光标到目标。

假肢26 thought-taps分30秒,约90%尽快猴子的手指。(见视频——与思想控制光标水龙头。)

思想控制键盘并非谢诺独有的实验室。其他人脑控制假肢使用不同的技术来解决这个问题的抽样误差。几种不同的技术测试由斯坦福大学的团队,最接近导致23目标30秒。

下一个步骤

所有这些研究的目标是让思想控制假肢患有肌萎缩性侧索硬化症。今天这些人可能使用眼球追踪系统直接游标或“鼠标”跟踪头部的运动。都是让人疲倦。既提供了自然和直观的控制数据直接取自大脑。

美国食品和药物管理局最近的团队给Shenoy绿灯进行试点的临床试验对人的思想控制光标脊髓受伤。

“这是一个全新的方法,可以进一步完善和优化给人脑控制假体更大的性能,因此更大的临床可行性”谢诺伊说。

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