發(fā)布日期：2017-02-24
昨天下午，《麻省理工科技評(píng)論》重磅發(fā)布了2017年全球十大突破性技術(shù)，再次受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。這場(chǎng)年度技術(shù)盛宴，全面的呈現(xiàn)了未來(lái)技術(shù)的發(fā)展方向，以及我們的生活必然會(huì)面臨的深刻變革。
幾乎毫無(wú)懸念，以強(qiáng)化學(xué)習(xí)（Reinforcement Learning，RL）為代表的人工智能位列第一。雖然大家知道AI以戰(zhàn)勝圍棋高手的AlphaGo居多，但是這種底層技術(shù)的革新，給醫(yī)療領(lǐng)域也帶來(lái)了翻天覆地的變化。此外，醫(yī)療領(lǐng)域還有這幾年頗熱的基因治療，以及去年下半年轟動(dòng)全球的細(xì)胞圖譜計(jì)劃。
細(xì)胞圖譜計(jì)劃（圖：Broad Institute）
還有一項(xiàng)是奇點(diǎn)網(wǎng)一直在關(guān)注，卻一直很少有人關(guān)注、火不起來(lái)的腦機(jī)接口（Brain-computer interface，BCI）。奇點(diǎn)網(wǎng)一直認(rèn)為這是一個(gè)充滿科幻色彩的領(lǐng)域，雖然現(xiàn)在它主要用在癱瘓人的身上，但我們認(rèn)為它未來(lái)的應(yīng)用前景卻不僅限于醫(yī)療領(lǐng)域，它的想想空間是無(wú)限的。這一次《麻省理工科技評(píng)論》跟我們站在了一起。
說(shuō)來(lái)也巧，就在昨天《麻省理工科技評(píng)論》發(fā)布2017年全球十大突破性技術(shù)榜單的時(shí)候，斯坦福大學(xué)電氣工程教授Krishna Shenoy和神經(jīng)外科教授Jaimie Henderson聯(lián)合在著名開(kāi)源期刊《eLife》上發(fā)表腦機(jī)接口重要臨床研究論文，他們成功讓三名受試癱瘓者通過(guò)簡(jiǎn)單的想象精準(zhǔn)地控制電腦屏幕的光標(biāo)，這三名癱瘓患者成功通過(guò)想象在電腦屏幕上輸入了他們想說(shuō)的話，其中一名患者可以在1分鐘之內(nèi)平均輸入39個(gè)字母，約合8個(gè)單詞(1)。據(jù)論文報(bào)道，這是世界上首次通過(guò)腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)如此快速精準(zhǔn)的字符輸入。
斯坦福大學(xué)電氣工程教授Krishna Shenoy（圖：http://med.stanford.edu/，Paul Sakuma）
對(duì)于一些嚴(yán)重的癱瘓患者而言，由于神經(jīng)受損，他們喪失了運(yùn)動(dòng)能力。在科技飛速發(fā)展的今天，這些患者喪失的不僅是現(xiàn)實(shí)的世界，也與那個(gè)大部分人都生活在里面的虛擬的網(wǎng)絡(luò)社交世界斷絕了關(guān)系。畢竟現(xiàn)在我們的交流大部分都是通過(guò)，郵件，微信，QQ等之類的通訊工具完成的。雖然現(xiàn)在有語(yǔ)音輸入，但是癱患者如何才能進(jìn)入智能設(shè)備的語(yǔ)音輸入界面？這也是個(gè)難題。
近幾年基于「腦機(jī)接口」的讓癱瘓患者控制自己的手臂，或者機(jī)械手臂也取得了不小的進(jìn)展，然而，從目前的患者表現(xiàn)來(lái)看，要想精準(zhǔn)操作手機(jī)和平板電腦等智能設(shè)備，恐怕還有較大的困難。Shenoy和Henderson教授就是要用「腦機(jī)接口」解決癱瘓患者的人機(jī)交互問(wèn)題。
斯坦福大學(xué)神經(jīng)外科教授Jaimie Henderson（圖：http://med.stanford.edu/，Paul Sakuma）
據(jù)斯坦福大學(xué)報(bào)道，Shenoy的外公是一名多發(fā)性硬化患者，癱瘓近40年，還在很小的時(shí)候，Shenoy就想著如何去幫助他。這也是Shenoy一路走來(lái)，進(jìn)入神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域的主要原因。與其他「腦機(jī)接口」研究人員思考方向不同的是，Shenoy想的更多的是如何幫助癱瘓患者恢復(fù)交流和通信的能力。
在Shenoy看來(lái)，我們與智能設(shè)備的交互大多是大腦控制手指，最終通過(guò)指尖的點(diǎn)擊完成的。癱患者失去了對(duì)手的控制，如何繞過(guò)手是Shenoy思考的最多的。在加入斯坦福大學(xué)之后，Shenoy與Henderson展開(kāi)了長(zhǎng)達(dá)十余年的合作，他們笑稱這是科學(xué)和醫(yī)學(xué)的聯(lián)姻。攻克了一個(gè)有一個(gè)難題。
在本研究中，Shenoy與Henderson采用了一個(gè)叫做BrainGate（http://www.braingate.org/）的可以插入大腦皮質(zhì)內(nèi)的腦機(jī)接口，這是目前腦機(jī)接口最前沿技術(shù)的代表。這個(gè)新一代的腦機(jī)接口芯片是一個(gè)只有六分之一英寸大小的硅芯片，看上去也就是小藥片那么大。在這個(gè)芯片的表面，密布著100個(gè)電極，這些電極淺淺地插入需要監(jiān)測(cè)的大腦皮層，監(jiān)測(cè)著神經(jīng)細(xì)胞的電信號(hào)。
連接到BrainGate上的硅芯片（圖：Brown University）
配合這個(gè)設(shè)備，Shenoy設(shè)計(jì)了一套解碼神經(jīng)細(xì)胞發(fā)射出來(lái)的復(fù)雜電信號(hào)的算法，通過(guò)這套算法，研究人員可以通過(guò)監(jiān)測(cè)神經(jīng)細(xì)胞激活狀態(tài)，確定人體想要完成的動(dòng)作。
接下來(lái)要做的事情就是在患者身上校準(zhǔn)這套算法，畢竟神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)也是因人而異。在Shenoy與Henderson招募的三名患者中，有一個(gè)叫Dennis Degray的64歲男性，他在2007年因?yàn)橐馔馑さ箤?dǎo)致高危截癱?！肝腋兄坏讲弊右韵碌娜魏螙|西」，Degray說(shuō)。
2016年，Degray決定放手一試，Henderson在Degray的大腦里植入電極。研究人員讓Degray盯著屏幕上的光標(biāo)看，光標(biāo)每點(diǎn)擊一次，他們就在腦子里想象這是他們自己動(dòng)手點(diǎn)擊的，這樣腦機(jī)接口中的芯片就可以捕捉大腦的神經(jīng)活動(dòng)，校準(zhǔn)每一個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的神經(jīng)信號(hào)。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，Degray已經(jīng)可以通過(guò)BrainGate精準(zhǔn)的控制屏幕上的光標(biāo)，并不斷點(diǎn)擊相應(yīng)的字母，完成一句話。據(jù)論文報(bào)道，Degray是三名患者中表現(xiàn)最好的那個(gè)，他平均在一分鐘之內(nèi)可以輸入39個(gè)字母。
「我們這個(gè)臨床研究的成功，意味著腦機(jī)接口在改善癱患者的生活質(zhì)量上又實(shí)現(xiàn)了一個(gè)重要的里程碑」，Henderson說(shuō)。Shenoy與Henderson希望，在未來(lái)的幾年里，他們這種軟件可以在包括智能手機(jī)和便攜電腦上運(yùn)行。如此看來(lái)，在這個(gè)觸屏?xí)r代，通過(guò)這套方法，完全可以實(shí)現(xiàn)癱患者和智能設(shè)備的人機(jī)交互。
實(shí)際上，目前利用BrainGate展開(kāi)研究的科研團(tuán)隊(duì)非常多，他們不僅在研究如何通過(guò)BrainGate控制屏幕上的光標(biāo)，還有機(jī)械手臂，輪椅，甚至是自己的四肢。在這個(gè)即將進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，只要能將大腦與一臺(tái)智能終端連接，基本就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家中所有智能設(shè)備的控制。
《麻省理工科技評(píng)論》認(rèn)為，在未來(lái)的10-15年，基于腦機(jī)接口技術(shù)，醫(yī)學(xué)可以給癱瘓者新生。我們認(rèn)為，到那個(gè)時(shí)候，即使患者不能正常站立行走，在生活上也很少會(huì)遇到困難了。
醫(yī)谷鏈
《MIT發(fā)布“2017全球十大突破性技術(shù)”，有哪些生命科學(xué)技術(shù)入選？》
相關(guān)資料
1.Pandarinath C, Nuyujukian P, Blabe CH, Sorice BL, Saab J, et al. 2017. High performance communication by people with paralysis using an intracortical brain-computer interface. eLife 6:e18554
2.http://med.stanford.edu/news/all-news/2017/02/listening-in-on-the-brain-a-15-year-odyssey.html
3.http://med.stanford.edu/news/all-news/2017/02/brain-computer-interface-allows-fast-accurate-typing-by-people-with-paralysis.html
來(lái)源：奇點(diǎn)網(wǎng)（微信號(hào) geekheal_com）
