研究人员在脑机接口技术领域取得突破

BrainGate 研究人员最近在脑机接口（BCI）领域取得了重大突破，临床试验参与者使用了具有外部无线发射器的内皮层无线 BCI，并展示了四肢瘫痪的使用。这是第一次使用这样的系统，它能够以单个神经元的分辨率传输脑信号。

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。与传统的电缆不同，该系统依赖于一个仅重 1.5 盎司的 2 英寸发射器。该单位置于用户头部顶部，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。

该研究涉及两名临床试验参与者，他们都有瘫痪，并使用 BrainGate 系统和无线发射器。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 性能的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植入式的内皮层系统，可以为受伤的个体提供再次移动的能力。该新发展是第一个能够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，他们都患有脊髓损伤。由于没有电缆，他们可以在家中使用该系统，而不是在实验室中，并且他们还可以使用它长达 24 小时。这种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。

“我们希望了解神经信号如何随时间演变，”霍赫伯格说。“使用该系统，我们可以在家中、长时间内以以前几乎不可能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，用于瘫痪患者。”

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。

该团队在 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，这是第一次。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，是朝着完全植入式、高性能神经接口的功能性使用迈出的一大步，”弗莱舍说。“当这一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时，该研究可能是为数不多的能够捕捉到长时间内的全部皮层信号的研究，包括在实际 BCI 使用期间。”

BrainGate 团队能够在新冠疫情期间继续工作，因为该设备是无线的，可以在家中使用，而无需技术人员。

霍赫伯格也是马萨诸塞州总医院的神经重症医生和 V.A. 康复研究和开发中心神经修复和神经技术的主任。

“2020 年 3 月，很明显我们将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，试验参与者能够在没有我们团队成员亲自到场的情况下使用 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之前相同的全带宽和保真度继续进行。”

根据西梅尔的说法，“多家公司已经非常好地进入了 BCI 领域，一些公司已经展示了人类使用低带宽无线系统，包括一些完全植入式系统。在本报告中，我们很高兴能够使用高带宽无线系统，这将推进未来系统的科学和临床能力。”