“前所未有”的控制水平：瘫痪者用意念操控虚拟四轴无人机
一项通过手术植入四肢瘫痪研究参与者体内的脑机接口，使其能够仅通过想象移动自己无法活动的手指，对虚拟四轴无人机实现前所未有的控制水平。
该技术将手部分为三个部分：拇指以及两对手指（食指和中指，无名指和小指）。每个部分都可以进行垂直和水平方向移动。当参与者想象移动这三组手指（有时是同时进行）时，虚拟四轴无人机便会做出响应，在虚拟障碍赛道中穿行。这是在为瘫痪者提供与朋友享受游戏机会方面令人兴奋的下一步，同时也展示了执行远程工作的潜力。
“这是基于手指运动的任何先前技术都未曾达到的更高程度的功能性，” 某中心助理教授、神经外科和生物医学工程学助理教授Matthew Willsey说，他是一篇发表在《自然-医学》上的新研究论文的第一作者。产生该论文的测试是在Willsey作为某大学研究员时进行的，他的大多数合作者都在那里。
虽然存在允许增强视频游戏的非侵入性方法，例如使用脑电图从用户头部表面获取信号，但脑电图信号综合了大脑大区域的贡献。作者们认为，要恢复高度功能性的精细运动控制，需要将电极放置得更靠近神经元。该研究指出，通过直接读取运动神经元的信号与使用脑电图相比，用户在四轴无人机飞行性能上有六倍的提升。
为了准备接口，患者需要接受一个外科手术，将电极植入大脑的运动皮层。电极连接到固定在颅骨上并穿出皮肤的基座，这使其能够连接到计算机。
“它获取运动皮层中产生的信号——这些信号仅当参与者试图移动手指时产生，并使用人工神经网络来解读其意图，以控制模拟中的虚拟手指，” Willsey说。“然后我们发送信号来控制虚拟四轴无人机。”
这项研究作为BrainGate2临床试验的一部分进行，重点关注这些神经信号如何与机器学习结合，为神经损伤或疾病患者提供外部设备控制的新选择。该参与者最初于2016年开始与该研究团队合作，那是在一次脊髓损伤导致他无法使用手臂或腿部的几年后。他对此项工作很感兴趣，并且对飞行有特别的热情。
“选择四轴无人机模拟并非随意之举，研究参与者对飞行充满热情，” 合著者、某大学计算机科学家Donald Avansino说。“在满足参与者飞行愿望的同时，该平台也展示了对多个手指的控制。”
合著者、某大学即将上任的电子与计算机工程教授Nishal Shah解释说，“控制手指只是一个垫脚石；最终目标是恢复全身运动。”
某大学神经外科教授、该研究的合著者Jaimie Henderson表示，这项工作的重要性超越了游戏范畴。它为人际联系提供了可能。
“人们往往关注恢复那些基本必需品类的功能——进食、穿衣、行动能力——这些都很重要，”他说。“但通常，生活中其他同样重要的方面被忽视了，比如娱乐或与同龄人的联系。人们想要玩游戏，与朋友互动。”
他说，一个能够仅通过思考就能连接计算机并操纵虚拟载具的人，最终可能能够实现更多。
“能够通过大脑控制移动多个虚拟手指，就可以为各种事物设计多因素控制方案，” Henderson说。“这可能意味着任何事，从操作CAD软件到创作音乐。”
某大学的研究人员Nick Hahn、Ryan Jamiolkowski、Foram Kamdar和Francis Willett，以及某中心的研究人员Leigh Hochberg也对这项研究做出了贡献。
注意： 研究设备。根据联邦法律，仅限于研究用途。
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