新型支架状电极允许人类思想操作计算机

Illustration: Synchron

来源：IEEE电气电子工程师

据悉，两名患有神经肌肉疾病的澳大利亚人在他们的大脑中植入了支架状的电极，使他们能够利用自己的思想操作电脑，从而恢复了一些个人独立性。

据发明者介绍，这是这种被称为“stentrode”的装置首次被植入人体。该系统还使脑-机接口（brain-computer interfaces，BCI）在现实世界中的使用变得更加可行 -- 这种设备使大脑和计算机之间的直接通信变得更加可行。

近日，Neurointerventional Surgery杂志对这一研究成果进行了描述。“这篇论文代表了第一个完全植入式的商业BCI系统，病人可以带回家使用，”开发这种设备的墨尔本Synchron的创始人Tom Oxley说。

研究人员已经进行了超过15年的实验来感知人脑活动并将其直接转换成计算机命令。这些系统大多涉及开放性脑外科手术，并将硬件从头部突出，以便在实验室中对系统进行研究。这是高度实验性的，只有少数人做过。

Stentrode提供了一种将电极连接到大脑的侵入性较小的方法。这个装置被挤进导管，放在颈部的颈静脉里。从那里导管蜿蜒穿过血管，直到到达大脑的运动皮层。然后它释放支架，支架上有16个电极接触点，跳出一个管状支架后，紧贴着大脑那一部分的血管壁。

支架由一根引线连接到一个外科植入胸腔的装置上。该装置提供电力和数据传输。外部设备使用机器学习算法解释来自大脑的信号，并将其转换为计算机命令。

在血管中的电极，而不是直接作用在脑组织上，会牺牲信号的质量。但这足以让这两位参与研究的参与者在禁用预测文字的情况下，每分钟准确地输入20个字符，并进行网上购物和银行业务 -- 所有这些都不需要举手或使用语音命令。

Photo: Synchron

Graham Felsted has a stentrode implant. He is using the BCI to write his book, Technopathy for Beginners.

接受支架植入的两名受试者患有肌萎缩侧索硬化症（ amyotrophic lateral sclerosis，ALS），也称为Lou Gehrig病。这种情况会导致肌肉失去控制并瘫痪。Graham Felstead表示，能够远程与妻子联系并在电脑上高效工作“已经改变了他的生活” -- 他是植入支架的两名男子之一。

操作这个系统是很辛苦的。Felstead控制电脑的方法是挤压右腿，其想法转化为诸如左键单击、右键单击或缩放等命令一个单独的眼睛跟踪器可以让他随着眼睛的移动移动光标。Felstead输入的第一句话是“我们需要更多咖啡。”目前，Felstead已经独自使用了一年多了。

能够在家里、实验室外使用脑机接口系统，对这个新兴的研究领域来说是一个巨大的飞跃。BrainGate联合会和其他组织已经使用BCI使患有神经疾病和瘫痪的人能够操作平板电脑，每分钟键入8个单词，并且只使用他们的思想来控制假肢。但这些系统涉及到从头骨突出的硬件，并被归为实验室设置。

Elon Musk曾在8月份表示，他的公司Neuralink已经制造了一种独立的神经植入物，它可以无线传输详细的大脑活动，而无需外部硬件的帮助。但Neuralink目前只在猪身上展示了这种装置。

Oxley说：“在我们把这个装置植入人体之前，一切都是假设。Synchron下一步的行动之一是向美国食品和药物管理局（Food and Drug Administration）申请在美国境内植入该装置的许可。