科研人員研發無線化腦機接口，未來好可能完全植入腦皮層

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腦機接口技術系一種新興嘅輔助式技術，佢可以讓癱瘓患者實而家計算機打字，或用意念操控机械假肢。多年來，臨床試驗中使用嘅測試性BCI方案通常是有線嘅，通過連接線向電腦輸入傳感器數據，接住計算機將破譯腦電波信號，用於驅動外部电子設備。

近期，BrainGate首次喺對四肢癱瘓病人嘅臨床實驗度，展示‌配備無線發射器嘅大腦皮層BCI嘅效果。據悉，為咗實現完全植入式大腦皮層腦機接口系統，BrainGate科研人員展示‌首款可供人類使用嘅無線腦機接口發射器，特點是可傳輸並識別單個神經元產生嘅信號，並且支持完整高帶寬信號傳輸。

簡單來講，呢個無線腦機接口方案，其實就是將有線腦機接口嘅連接線替換為長度5厘米以內、重約42.5g嘅無線發射器。而佢同大腦連接嘅方式，則是通過接入腦皮層運動區內嘅電極陣列來實現。據悉，呢個電極陣列已經植入腦皮層，也可以連接有線腦機接口方案。

喺論文度，BrainGate科研人員描述‌兩次臨床試驗，實驗招募‌兩名曾參加過約100次測試臨床實驗嘅患者，分別為63歲和35歲嘅脊髓損傷四肢癱瘓患者。通過位於左腦（慣用）嘅中央前回部分嘅96個頻道嘅平面硅微電極陣列（4×4毫米，電極長度1.5毫米），來記錄腦皮層下嘅神經活動。同時，喺35歲患者嘅額回還固定‌第二個傳感器陣列。電池方面，則是支持無線感應充電技術。

實驗中癱瘓病人利用該腦機接口系統，實現用意念控制平板電腦界面、打字和點擊等動作。實驗參同者為兩名脊椎受傷嘅病人，年齡分別為35歲和63歲，實驗場景則設定喺病人家中。實驗參同者喺24個鐘頭之內持續使用無線BCI，為科研人員收集‌大量數據，就算瞓覺時都可以採集到數據。

實驗結果显示，無線腦機接口同有線腦機接口方案嘅效果相當，參同者使用兩種方案時嘅選擇和點擊準確性足夠接近，打字速度也差唔多。

布朗大學工程系科研助理教授、BrainGate論文第一作者John Simeral表示：由於無線腦機接口和有線腦機接口嘅傳輸效果同樣好，我哋可以喺無線方案中直接使用有線方案嘅破譯算法，因此有線和無線方案嘅最大區別只是省去‌連接線，而這會系腦機接口嘅應用場景帶來更多可能。

比如，無線化嘅腦機接口意味住，未來可以將成個BCI裝置完全植入腦皮層度，讓失去運動能力嘅人可以獨立使用電腦，或控制机械臂。此外，也為臨床試驗和基礎人類科學研究解決好多難題，比如實驗場地將唔限於實驗室，也可以喺病人家中進行。

據科研人員話，以往嘅科學成果曾實現有限帶寬嘅無線腦機接口方案，唔過BrainGate研發嘅方案傳輸腦皮層內傳感器識別到嘅完整信號。

布朗大學工程系教授、BrainGate臨床試驗負責人Leigh Hochberg表示：我哋想要認識神經信號變化嘅過程，而通過無線腦機接口系統，而家喺任何地方都可以監控大腦活動，而且可以比有線方案持續更耐時間。通過咁樣長時間嘅實驗，將有助於科研人員優化破譯腦電波嘅算法，幫助癱瘓病人恢複流暢、直觀、可靠嘅溝通和活動方式。

實驗中採用嘅無線BCI設備由布朗大學工程系教授Arto Nurmikko研發，名為布朗無線設備（DWB），特點是配備200粒電極，具備低功耗、高帶寬等特性。實驗中使用‌兩個DWB設備，同時可喺每秒記錄48MB神經信號，續航時間超過36個鐘頭。

實際上，BWD已經成功應用於基礎神經科學研究多年，但要應用於BrainGate實驗度，仲要需要額外嘅測試，並獲得監管權限。而而家，將BWD用於識人哋嘅腦電波，對於BCI技術嘅發展系一項關鍵進步。

Nurmikko表示：通過實驗，我哋獲取‌大量有助於研發下一代神經科技嘅數據，未來計劃將進一步研發完全植入嘅高密度無線腦機接口。

其實，喺2012年嘅時候，該科研團隊曾實現利用腦機接口控制多自由度機器假肢，後來通過進一步優化，繼續實現‌用意念喺計算機上打字，或使用平板電腦app，甚至喺外部器械輔助下可以通過大腦信號移動已經癱瘓嘅四肢。

無線式腦機接口嘅好處是，可以將腦機接口元件完全植入至大腦皮層度，唔限制被植入者嘅日常活動，同時更加美觀，一般睇唔出你系咪用‌腦機接口。但問題是，如果將無線傳輸設備完全植入到大腦皮層，皮膚、肌肉或血管系咪會影響腦機接口嘅壽命，或干擾無線傳播信號。

這篇論文嘅聯合作者Sharlene Flesher系一個斯坦福大學博士后，佢都系一個蘋果硬件工程師。

由於這款腦機接口採用無線化設計，參同實驗嘅人可以喺自己家中獨立使用，無需技術人員監督，因此喺疫情期間也可以進行實驗。

目前，布朗大學同美國電生理儀器品牌Blackrock Microsystems簽訂授權協議，計劃將無線化腦機接口方案提供畀全球神經科研人員使用。此外，BrainGate團隊計劃繼續將該技術應用於正喺進行中嘅臨床試驗。

ALS、中風、頸髓損傷等神經系統疾病可能會造成四肢癱瘓、失語或閉鎖綜合征等癥狀。而現有嘅腦機接口技術主要用於恢復呢啲患者嘅交流和運動機能，通過分析EEG、ECoG、腦皮層信號等數據，幫助病人更好嘅使用和控制輔助裝置。

喺現有嘅臨床實驗度，皮下BCI方案通過喺大腦皮層運動區植入微電極陣列，來識別和推斷患者嘅動作或講話意圖。經過數日甚至數周實驗显示，使用皮下BCI方案嘅患者，喺輸入文字上嘅正確率平均可達37字/分鐘。

總之，雖然現有BCI技術已經初見成效，但喺實用性上，由於依賴連接線，因此並唔便攜。而BrainGate研發嘅方案將有望實現從有線方案到無線方案嘅過渡，證實‌未來隱秘性更好嘅腦機接口嘅可行性。

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