腦機接口成唯一溝通方式 漸凍症晚期父親終向 4 歲兒子表達愛意

一位連自主呼吸都不能實現的父親,在植入電極 251 天後,向 4 歲兒子表達了自己的愛意:I love my cool son.這時候的他,已經處於漸凍症晚期,肌肉控制能力完全喪失,呼吸和進食都需要外部設備來維持。

腦機接口成唯一溝通方式 漸凍症晚期父親終向 4 歲兒子表達愛意

換言之,日常想到的眼動、面部肌肉追蹤來交流,也是不可能的。

既然如此,完全與世界隔絕交流的他,又是如何做到自如表達想法的?

腦機接口:唯一溝通方式

聽覺。

對於一個需靠呼吸機來延長生命的患者來說,這是為數不多能感受外界的方式。

因此,也成為研究人員 pick 的溝通方式。他們將兩個 3.2 毫米寬的正方形電極陣列植入大腦中控制運動的皮層。

起初他們也嘗試過,要求男子移動手、腳、頭或者眼睛的方式,來回答“是”或者“否”的問題。但效果並不理想。

於是 3 個月後,他們盯上了聽覺神經反饋這一思路。簡單來說,志願者根據聽覺反饋來調節神經元放電頻率。當放電頻率變高時,外部可聽的音調就會變高。

通過這種方式,患者一次選擇一個字母組成單詞和詞語,以達到交流的目的。

當音調變高,答案即為是;音調變低,答案即為否

第 1 天(實驗的第 86 天),志願者開始嘗試調節音調;到第 12 天的時候,已經能成功調節音調至目標音調。

第 20 天時,他就能通過這種方式選擇字母和自由拼寫了。

腦機接口成唯一溝通方式 漸凍症晚期父親終向 4 歲兒子表達愛意

也正是從這時候開始,研究人員開始記錄跟病人交流數據,一直到第 462 天。

結果就在第二天,患者就拼寫詞組,感謝了研究團隊,過程中分成了三次拼寫。

first mal moechte ich mich niels und seine birbaumer bedanken

首先我想感謝 Niels 和他的 Birbaumer。

不過之後許多交流都跟護理有關。

頭部位置很高;每個人都應該把我的手直接放在我的肚子上;媽媽的頭部按摩。

除此之外,他還參與互動娛樂、提出拼寫反饋建議,與妻子兒子互動等等。

現在喝啤酒;我想大聲聽 Tool 的專輯;今晚來繼續拼寫。

我需要保存、編輯和刪除短語這些功能;打開單詞識別。

可以一起看迪士尼的電影嗎;明天一起吃燒烤。

在數量上,患者每天拼寫字符從不到 100 到 400 多個不等,速度基本在每分鐘 1 個字符左右。

腦機接口成唯一溝通方式 漸凍症晚期父親終向 4 歲兒子表達愛意

通信速率也明顯低於其他植入電極陣列的研究。

研究人員表示,因為這一系統完全基於聽覺反饋,本質上肯定會比基於視覺反饋的系統慢。

但從交流的內容表示,即便是拼寫速度慢,患者也能將自己的需求和願望傳達給家人。

研究團隊

研究團隊來自德國 ALS Voice 組織、圖賓根大學、Wys 中心,其成果登上了 Nature 通訊。

腦機接口成唯一溝通方式 漸凍症晚期父親終向 4 歲兒子表達愛意

2018 年開始,這位漸凍症患者與醫療小組展開合作,當時他的眼睛還能動。

他告訴團隊,希望植入一個侵入式芯片,以保持跟家人的溝通。

接下來,研究人員將繼續研究這位志願者,不過他的拼寫能力已經下降。

據稱,植入物周圍的傷口組織是部分原因,它可能掩蓋了神經信號。與此同時,參與者的大腦也可能正在失去控制設備的能力。

但他們承諾,只要患者繼續使用這個設備,他們便會繼續維護它。

論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28859-8#MOESM1

參考鏈接:

https://www.science.org/content/article/first-brain-implant-lets-man-complete-paralysis-spell-out-thoughts-i-love-my-cool-son

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