Ian Burkhart(圖:巴特爾紀念研究所)

美國一名男子伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)在數年前因為脊椎損傷而癱瘓,使其無法控制且手臂無知覺。2014 年,他參與了巴特爾紀念研究所(Battelle)的 NeuroLife 計畫,在大腦植入小型晶片作為介面,來接收大腦與脊椎間的溝通訊號,以此讓伯克哈特能重新控制並讓手臂有知覺。

脊椎損傷

近年的研究顯示,在脊椎損傷的情況下,大腦與脊椎間仍有部分的神經能進行訊號的傳輸,但由於訊號過於微弱,大腦無法對四肢進行控制也無法獲得知覺。負責該計畫的帕特里克·甘澤博士(Patrick Ganzer)認為,若能擷取這些微弱的訊號重新進行處理,將有機會重新連結大腦與損傷的脊椎。

腦機介面

因此,研究團隊在伯克哈特大腦植入米粒大小的晶片作為腦機介面(brain-computer interface),以此接受腦內運動皮質(motor cortex)的神經訊號。當腦機介面接受到訊號時,會將訊號傳輸到電腦,以特別編製的軟體將控制手臂的訊號與知覺訊號分離。接著,控制手臂的訊號會傳輸到裝置在伯克哈特前臂的電極;而知覺訊號則傳輸至上臂的振動帶。

在經過一年的練習,伯克哈特開始能稍微移動手掌,甚至能玩「吉他英雄」(Guitar Hero)遊戲。甘澤博士對此表示:「玩遊戲時大腦所需的分工複雜度很高,需要能同時聽音樂、觀察螢幕上的指示,並作出反應。」

未來發展

在實驗室得到成果後,研究團隊計畫將此系統輕量化,改善至能在日常生活使用的程度。目前已成功將該系統縮小到一個家用錄影系統盒的大小,讓伯克哈特可以裝置在輪椅上使用。而手臂上的電極也改良成衣袖模樣,讓使用者可以輕易取下和裝上。

然而由於使用的腦機介面屬於侵入式,需要以手術植入到患者的大腦,較難廣泛用於四肢癱瘓的患者。雖然近年來非侵入式的腦機介面得到了許多研究上的關注,但該科技處於發展的早期階段,仍需數年的時間才能發展成熟。

參考資料:

  1. Tangermann, V. (2020, April 27). Cutting-edge brain implant lets paralyzed man move and feel again. Futurism
  2. Oberhaus, D. (n.d.). A Brain Implant Restored This Man’s Motion and Sense of Touch. Wired
  3. Ganzer, P., et al., (2020, April 23). Restoring the Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface. Cell DOI:10.1016/j.cell.2020.03.054
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