研究人員在腦機介面技術上取得突破

BrainGate 的研究人員最近在腦-電腦介面 (BCI) 領域取得了重大突破，臨床試驗的參與者中有兩位四肢癱瘓的病人成功使用了一種內部無線 BCI 系統，並搭配外部無線發射器。這是首次使用這樣的系統，它能夠以單神經元的解析度傳輸腦部信號。

這項研究的結果上個月發表在 IEEE 生物醫學工程期刊上。

這個系統能夠以全頻帶的高保真度進行傳輸，並且不需要將使用者實體連接到解碼系統。與傳統的電纜不同，這個系統依賴一個重約 1.5 盎司的 2 吋發射器。這個裝置放在使用者的頭頂，並通過與有線系統相同的端口連接到大腦運動皮層的電極陣列。

這項研究涉及兩位有癱瘓的臨床試驗參與者，他們使用了 BrainGate 系統和無線發射器。透過無線發射器，他們能夠在標準平板電腦上指點、點擊和輸入文字。

研究顯示，這個無線系統能夠以與有線系統相同的保真度傳輸信號。

約翰·西梅拉 (John Simeral) 是布朗大學 (Brown University) 的工程助理教授，也是這項研究的主要作者，並且是 BrainGate 研究聯盟的成員。

西梅拉表示：「我們已經證明這個無線系統在功能上與多年來被視為 BCI 性能金標準的有線系統相當。信號的記錄和傳輸保真度非常相似，這意味著我們可以使用與有線設備相同的解碼算法。唯一的不同是人們不再需要實體連接到我們的設備，這為系統的使用開啟了新的可能性。」

根據研究人員的說法，這項新突破使我們更接近於完全可植入的內部系統，能夠幫助受傷的人重新獲得移動能力。這項新發展是第一個能夠傳輸內部感測器錄製的全頻譜信號的裝置。

研究結果

這項試驗涉及一位 35 歲的男性和一位 63 歲的男性，他們都遭受脊髓損傷。由於沒有電纜，他們能夠在家中使用這個系統，而不必在實驗室中，並且能夠使用長達 24 小時。這段長時間的使用讓研究人員能夠收集長時間的數據。

莉 (Leigh Hochberg) 是布朗大學的工程教授，也是布朗大學卡尼腦科學研究所的研究人員。她領導了 BrainGate 臨床試驗。

霍赫伯格表示：「我們想了解神經信號隨時間的演變。透過這個系統，我們能夠在家中長時間觀察腦部活動，這在之前幾乎是不可能的。這將幫助我們設計解碼算法，為癱瘓患者提供無縫、直觀和可靠的溝通與移動能力恢復。」

BrainGate 聯盟

BrainGate 聯盟是一個由布朗大學、史丹佛大學 (Stanford University) 和凱斯西儲大學 (Case Western Reserve University) 的研究人員組成的跨學科團隊。它還包括來自普羅維登斯退伍軍人醫療中心 (Providence Veterans Affairs Medical Center) 和麻薩諸塞州總醫院 (Massachusetts General Hospital) 的人員。

這個團隊在 2012 年發表的研究中首次展示了臨床試驗參與者如何使用 BCI 操作多維機器人義肢。自那以後，這個團隊不斷改進系統並取得新的突破。

莎琳·弗萊舍 (Sharlene Flesher) 是共同作者，曾在史丹佛大學擔任博士後研究員，現在是蘋果公司 (Apple Inc.) 的硬體工程師。

弗萊舍表示：「從需要有線電纜到使用微型無線發射器的內部 BCI 的演變，是朝著功能性使用完全植入的高性能神經介面的重大步驟。隨著這個領域朝著減少傳輸帶寬的方向發展，同時保持輔助設備控制的準確性，這項研究可能是少數幾個能夠捕捉到長時間的皮層信號的研究之一，包括在實際 BCI 使用期間。」

由於這個裝置是無線的，BrainGate 團隊能夠在 COVID-19 疫情期間持續工作，並且可以在家中使用，而不需要技術人員的協助。

霍赫伯格同時也是麻薩諸塞州總醫院的重症神經科醫生，並且是退伍軍人事務部神經修復與神經技術研究與發展中心的主任。

霍赫伯格表示：「在 2020 年 3 月，我們意識到無法造訪研究參與者的家中。但透過訓練照顧者如何建立無線連接，一位試驗參與者能夠在沒有我們團隊成員在場的情況下使用 BCI。因此，我們不僅能夠繼續研究，這項技術還讓我們能夠保持之前的全頻帶和保真度。」

根據西梅拉的說法，「多家公司已經進入 BCI 領域，並且有些公司已經展示了低帶寬無線系統的人類使用，包括一些完全植入的系統。在這份報告中，我們很高興能夠使用一個高帶寬的無線系統，推進未來系統的科學和臨床能力。」