瘫痪的患者使用机器人和思想的力量使自然运动进行自然运动

瘫痪的患者使用机器人和思想的力量使自然运动进行自然运动
埃里克·索尔托13年来第一次能凭直觉做出动作。来源:Lance Hayashida,加州理工学院

34岁的埃里克·索托(Erik Sorto)颈部以下已经瘫痪13年了。然而,多亏了一项突破性的临床试验在美国,他已经能够用意念控制的机械臂顺利地喝下一瓶啤酒。他是第一个将神经义肢装置植入被认为控制意图的大脑区域的病人。这项技术创造了令人惊讶的自然运动,并有潜力为多个机器人肢体工作。

不幸的是,由于疾病或受伤,数以百万计的人失去了感知和移动身体的能力。近年来,中国的经济发展迅速少数的研究已经证明记录是可能的了吗来自这些个体的活动,并使用这些信息来恢复运动能力。信号记录从-大脑中控制运动所必需的一部分-已被用于控制外部设备,如电脑屏幕上的光标,甚至各种机械臂。

然而,这些类型的设备经常导致延迟,摇摇欲坠的运动,这可能意味着这些可能不是最好的使用。随着该地区的研究继续前进,正在探索新的可能性。最新的研究对神经元 - 脑细胞的测量 - 在叫做后部皮质的大脑中的一部分被认为代表行动意图这使得索托的动作更加直观,甚至能玩石头、剪刀、布。

阅读的意图

这是索托十多年来第一次自己喝啤酒。来源:南加州大学凯克医学

在我们选择行动之前,我们必须先有行动的打算。对于日常生活中的日常行为,比如拿起我们最喜欢的咖啡杯或打开电灯开关,我们的行动意图毫不费力地展开,在几分之一秒内,它们通常会被忽视。

尽管这些特质转瞬即逝,毫不费力,但来自基础心理学和神经科学的大量证据表明,我们的行动意图构成了极其丰富的信息来源,包括期望的结果,预测的感觉和动作。虽然人们普遍认为这些信息对于控制行为是有用的,但这个假设是正确的固有的难以评估

在这项新的研究中,这些信息记录在用于控制操作的计算机接口和可视化显示。研究人员首先使用功能性核磁共振在该研究之前的10年,Sorto曾因枪击而遭受脊髓损伤,因此无法移动或感觉自己的手臂、腿和躯干。通过这种方式,他们可以看到他大脑的哪些区域是活跃的想象伸手和抓取动作。

记录仪器就位后,结果显示患者可以自主控制单个神经元的活动。其中一些细胞以一种非常特殊的方式做出反应。例如,当Sorto想象将手移到嘴边时,细胞的活动可能会增加或减少,但当Sorto想象将手移到下巴或耳朵时,细胞的活动则不会增加或减少。

整个机器人身体的关键?

瘫痪的患者使用机器人和思想的力量使自然运动进行自然运动
这项研究能否为更复杂的任务打开大门,比如写作?资料来源:Caleb Roenigk/Flickr, CC BY-SA

一些细胞的活动被证明是专门与手臂或眼球运动相关的,而那些是选择性的,有些是用任一臂响应预期的动作,而其他人仅对预期的权利进行回应,而不是左臂运动,或反之亦然。作者称,代表任何手的小区的信息对于控制涉及双手的动作可能是重要的。这也意味着这些信号可能能够控制具有多个附属物的机器人界面。

这些信号也可能是灵活的。考虑我们使用各种形状和大小的手持工具的不同方式——即使是移动和控制方式不同的工具——来执行本质上相同的动作来实现相同的目标。例如,我们可以用铅笔把我们的名字写在纸上,或者用棍子把名字写在沙子上。行动的目标是相同的,但用于实现这些目标的工具不同。

为了实现这一点,控制系统必须能够适应工具和环境质量的变化。也许是通过记录似乎反映了行为的细胞,捕获的信息类似地是可延展的。这可能证明可能使用相同的大脑信号来控制各种设备以执行各种动作。

《星球大战》电影的粉丝们一定还记得《帝国反击战》中卢克·天行者第一次触摸他的新机械手的场景。虽然距离这个目标还有很长的路要走,但对于那些大部分身体都不能活动的患者来说,这项新进展是一个巨大的进步。而且它肯定有可能彻底改变该领域的研究。


进一步探索

临床试验显示使用思维可以直观地控制机械臂(w/ Video)

来源:谈话

这篇故事是由谈话(在创作共性/无衍生品下)。
谈话

引用瘫痪患者使用机器人和思维的力量进行自然运动(2015年5月25日),2021年5月3日从//www.puressens.com/news/2015-05-paralysed-patient-natural-movements-robotics.html检索
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