研究人员在脑机接口技术方面取得突破

BrainGate 研究人员最近在脑机接口（BCI）领域取得了重大突破，临床试验参与者表现出使用具有外部无线发射器的内皮层无线 BCI 的能力。这是首次使用此类系统，它能够以单个神经元分辨率传输脑信号。

该研究发表在 IEEE Transactions on Biomedical Engineering 上，时间是在上个月。

该系统还以全宽带保真度传输，不需要将用户物理连接到解码系统。与传统电缆不同，该系统依赖于一个仅重 1.5 盎司的 2 英寸发射器。该单元置于用户头顶，并通过与有线系统相同的端口连接到大脑运动皮层中的电极阵列。

该研究涉及两名患有瘫痪的临床试验参与者，他们使用带有无线发射器的 BrainGate 系统。通过无线发射器，他们可以在标准平板电脑上指向、点击和输入。

该研究表明，无线系统能够以与有线系统相同的保真度传输信号。

约翰·西梅尔（John Simeral）是布朗大学（Brown University）的工程助理教授。他是该研究的首席作者，也是 BrainGate 研究联盟的成员。

“我们已经证明，该无线系统在功能上与多年来一直是 BCI 性能金标准的有线系统相当，”西梅尔说。“信号以适当的保真度记录和传输，这意味着我们可以使用与有线设备相同的解码算法。唯一的区别是人们不再需要被物理连接到我们的设备，这为系统的使用开辟了新的可能性。”

根据研究人员的说法，该突破使我们更接近于完全可植入的内皮层系统，该系统可以为受伤的个体提供再次移动的能力。该新发展是首个传输内皮层传感器记录的全部信号谱的设备。

研究结果

该试验涉及一名 35 岁的男性和一名 63 岁的男性，他们都遭受了脊髓损伤。由于没有电缆，他们可以在家中而不是实验室使用该系统，他们还可以使用长达 24 小时的时间。这段长时间使研究人员能够收集长时间的数据。

莱利·霍赫伯格（Leigh Hochberg）是布朗大学的工程教授，也是布朗大学卡尼脑科学研究所的研究人员。霍赫伯格领导了 BrainGate 临床试验。

“我们想了解神经信号如何随时间演变，”霍赫伯格说。“使用此系统，我们可以在家中、长时间内以几乎以前无法实现的方式观察大脑活动。这将帮助我们设计解码算法，以实现对通信和移动的无缝、直观、可靠的恢复，为瘫痪的人们提供帮助。”

BrainGate 联盟

BrainGate 联盟是一个由布朗大学、斯坦福大学和凯斯西储大学的研究人员组成的跨学科团队。它还包括来自普罗维登斯退伍军人事务医疗中心和马萨诸塞州总医院的个人。

该团队于 2012 年发表了一项研究，展示了临床试验参与者如何使用 BCI 操作多维机器人假肢。从那时起，该团队不断改进该系统并取得了新的突破。

夏琳·弗莱舍（Sharlene Flesher）是共同作者和斯坦福大学的前博士后研究员。弗莱舍现在在苹果公司担任硬件工程师。

“从需要线缆到使用微型无线发射器的内皮层 BCI 的演变，是向完全植入式、高性能神经接口的功能性使用迈出的一大步，”弗莱舍说。“随着该领域朝着减少传输带宽同时保持辅助设备控制的准确性发展，该研究可能是为数不多的能够在长时间内捕捉整个皮层信号的研究，包括在实际 BCI 使用期间。”

由于设备是无线的，可以在家中使用，BrainGate 团队能够在 COVID-19 大流行期间继续工作。

霍赫伯格也是马萨诸塞州总医院的重症监护神经科医生和退伍军人事务部神经修复和神经技术研究与开发中心的主任。

“2020 年 3 月，很明显我们无法访问研究参与者的家，”霍赫伯格说。“但通过训练护理人员如何建立无线连接，试验参与者可以在没有我们团队成员物理存在的情况下使用 BCI。因此，我们不仅能够继续我们的研究，而且该技术还允许我们以与以前相同的带宽和保真度继续进行。”

根据西梅尔的说法，“多家公司已经进入了 BCI 领域，其中一些已经展示了低带宽无线系统的人类使用，包括一些完全植入式的系统。在本报告中，我们很高兴能够使用高带宽无线系统，这将提高未来的系统的科学和临床能力。”