临床试验显示使用思想（W / Video）的机器人手臂的直观控制

埃里克·g·索托(Erik G. Sorto) 21岁时遭受枪伤，颈部以下瘫痪。现在，他只需通过想象和思考就能移动机械手臂。

通过临床加州理工学院之间的合作,南加州大学凯克医学院和牧场洛杉矶朋友国家康复中心,现在34岁Sorto是世界上第一个有神经假体装置植入大脑的一个区域,意图,给他的能力来执行一个流体握手的姿势,喝一杯饮料，甚至用机械手臂玩“石头、剪子、布”。

植入大脑运动中心的神经修复装置电机皮质，可以让瘫痪患者控制机器人肢体的运动。然而，目前的神经调节剂产生延迟和生涩的动作 - 而不是与自然运动相关的光滑且看似的自动姿势。现在，通过在大脑的一部分中植入神经调节剂，以便直接控制运动，而是我们想要移动的意图，CALTECH研究人员已经开发出一种制造更自然和流体动作的方法。

该临床试验旨在测试这种新方法的安全性和有效性，由首席研究员理查德·安德森、加州理工学院詹姆斯·g·博斯韦尔神经科学教授、南加州大学神经外科、神经学和生物医学工程教授查尔斯·y·刘和神经学家明迪·艾森领导，朋友牧场的首席医疗官

安德森和他的同事希望通过从Motor Cortex之外的不同脑区域记录信号来提高动作的多功能性，即通过电动机皮层以外的不同大脑区域来记录信号。后部皮质后部皮质(PPC)，一个高级认知区域。在早期的动物研究中，安徒生实验室发现，正是在这里，在PPC中，产生运动的最初意图形成了。然后这些意图通过脊髓传递到运动皮层，再传递到手臂和腿上，在那里运动被执行。

“PPC在通路的较早位置，所以信号与运动计划——你实际想做什么——有关，而不是运动执行的细节，”安德森说。“当你运动手臂时，你真的不会去想激活哪块肌肉，以及运动的细节——比如抬起手臂，伸展手臂，抓住杯子，握住杯子，合上杯子，等等。相反，你要考虑运动的目标，例如，“我想拿起那杯水。”所以在这个实验中，我们成功地解码了这些实际意图，通过让实验对象把运动想象成一个整体，而不是把它分解成无数个部分。我们预计来自PPC的信号将更易于患者使用，最终使运动过程更加流畅。”

2013年4月，索托在南加州大学凯克医院(Keck Hospital of USC)通过手术将该设备植入了他的大脑。此后，他一直在接受加州理工学院的研究人员和Rancho Los Amigos的工作人员的培训，用他的大脑控制电脑光标和机械臂。研究人员看到了他们所希望的:机械臂的直观运动。

索托是两个孩子的单亲父亲，已经瘫痪了10多年，他对这个快速的结果感到兴奋:“我惊讶于(控制机械臂)是多么容易，”他说。“我记得当时有一种灵魂出窍的感觉，我想到处跑，和每个人击掌。”

手术

2013年4月17日，南加州大学凯克医学的外科团队在5个小时的手术中完成了史无前例的神经假体植入。刘和他的团队将一对小电极阵列植入后顶叶皮质的两个部分，一个控制伸展，另一个控制抓取。每个4 × 4毫米的阵列包含96个活跃电极，每个电极依次记录PPC中单个神经元的活动。这些阵列通过一根电缆连接到一个处理信号的计算机系统，以解码大脑的意图并控制输出设备，如计算机光标和机械臂。

”这些数组非常小所以他们的位置必须非常精确,并花了大量的计划,与加州理工学院的团队合作,确保我们是正确的,”刘说,他也是USC Neurorestoration中心的主任和副首席医疗官牧场洛杉矶朋友。“因为这是第一次有人植入人脑的这一部分，所以手术的一切都是不同的:位置，定位，以及如何管理硬件。记住，我们所能做的——记录大脑信号并解码最终移动机械臂的能力——主要依赖于这些阵列的功能，而这在很大程度上是由手术决定的。”

USC神经恢复中心的主要任务是利用合作关系创造独特的机会，将科学发现转化为有效的治疗方法。

“我们在人类研究中，我们在克服了许多神经系统疾病的情况下，我们正在进行巨大进展，”美国苏尔邦族联邦政府神经科学副教授和USC神经病中心的联合主任副教授。“这些非常重要的早期临床试验可以为患有涉及瘫痪，脑损伤，ALS甚至多发性硬化症的瘫痪的各种神经系统问题提供希望。”

恢复

在植入手术16天后，索托开始在兰彻·洛斯·阿米戈斯国家康复中心(Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center)接受训练。在那里，一台电脑直接连接到从他颅骨延伸出来的端口上，与他的大脑进行通信。康复团队专门从事的职业治疗师帮助病人适应他们的上肢功能的缺失和“重新设计”患者做任务函数的方式离开,曾与Sorto和加州理工学院的团队每天helpSorto想象会是什么感觉再次移动他的手臂。

“患者能够在他尝试的第一天 - 第一天控制肢体是一个很大的惊人，”他曾经在他尝试过的第一天。““这证明了对使用PPC活动的控制有多直观。”

虽然他能够立即将机器人手臂搬到他的想法，但在几周的想象中，Soreo精致他对手臂的控制。现在，Sorto能够用他的思想执行高级任务，例如控制计算机光标;喝饮料;制作手动摇摆;并与之执行各种任务机械手臂。

艾森是Rancho Los Amigos的首席医疗官，他领导了这项研究的康复团队。他说，像这样的假肢技术的进步为患者康复的未来带来了希望。

“我们在Rancho致力于通过新技术推进康复，并通过新技术恢复神经系统功能，这些技术可以是辅助的或通过利用人类神经系统的天生可塑性来促进恢复，”Aisen表示，这也是神经内科的临床教授乌尔布的凯克医学院。“这项研究与机器人和脑机接口作为辅助设备的作用相关，但也与大脑以新方式学习运作的能力交谈。我们创造了一个独特的环境，可以无缝地汇集康复，医学和本研究中举例说明的科学。“

Soreo已签署开展，继续在该项目上工作三年。他说，这项研究激励他继续教育并追求社会工作的硕士学位。

“这项研究对我来说非常有意义，”Sorto说。“尽可能多地需要我，我需要这个项目。它让我很高兴成为改善瘫痪患者生活的解决方案的一部分。我和我想喝我自己的啤酒的人笑话为了能够以自己的节奏喝饮料，当我想从啤酒中拿出啜饮并不必要求有人把它交给我。我真的很想念独立。我认为如果它足够安全，我真的很享受养育自己的剃须，刷牙。这会很棒。“

“更好地了解PPC将有助于研究人员改善未来的神经高原装置，”安德森说。“我们在这里拥有的是一个唯一的窗口，成为复杂的高级工作大脑面积，因为我们与我们的主题合作，完善他们在控制外部设备方面的技能。“

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