在猴子身上测试“虚拟触摸”

《卫报》报道说:“大脑植入可以帮助瘫痪的人恢复运动和感觉。”该报称,研究人员已经发明了一种大脑植入装置,允许猴子移动虚拟手臂,在虚拟世界中感受物体。

这个新闻故事是基于研究人员将电极插入两只猴子大脑的实验。这些电极被放置在大脑控制运动的部分——运动皮层,通过移动虚拟手臂,让猴子探索电脑屏幕上的虚拟物体。从电脑传回大脑感觉皮层的电信号使猴子能够区分不同的物体,也能“感觉”他们探索的物体的纹理。

这个实验表明,通过使用大脑的电信号,灵长类动物有可能通过单独思考来控制运动和“感觉”物体,而不是通过物理运动和触摸。

目前正在研究使用这种技术为瘫痪病人开发假肢或机器人服的可能性,这种假肢或机器人服不仅能恢复自然运动,还能提供触觉反馈。

虽然这是一项令人兴奋的研究,但在知道类似的“脑-机-脑”技术是否能安全、成功地用于人类之前,还需要进一步的测试和研究。

这个故事来自哪里?

这项研究是由美国杜克大学的研究人员进行的;瑞士洛桑联邦理工学院和巴西埃德蒙和莉莉·萨夫拉国际神经科学研究所。它是由美国国家卫生研究院和darpa(国防高级研究计划署)资助的。

这项研究作为一封信发表在科学杂志《自然》上。《卫报》、《bbc新闻》和《每日电讯报》报道了这项研究。_

这是什么样的研究?

这是在恒河猴身上的实验室实验。目的是探索一种设备是否能让猴子在控制虚拟环境的同时将触觉反馈给大脑;换句话说,猴子是否能移动和“感觉”屏幕上的物体。研究人员称这种设备为“脑-机-脑接口”(bmbi)。

研究人员指出,脑-机接口(BMI)已经参与了机器人手臂和肌肉刺激器的开发,它们可以完成复杂的pmb运动,如伸手和抓东西。他们说,虽然这种接口可以用来恢复pmbs的运动功能,但到目前为止,他们还缺乏任何传递触觉反馈的能力。

这项研究涉及什么?

研究人员将电极植入两只成年猴子的运动皮层和体感皮层。运动皮层是大脑中参与自主运动的区域,体感皮层处理来自身体感觉细胞的输入。

然后猴子们被训练使用操纵杆在电脑屏幕上探索虚拟物体。他们可以用虚拟手臂或电脑光标操纵物体。当虚拟手臂与虚拟物体互动时,电信号被反馈到猴子大脑的体感皮层,产生触觉反馈。

在测试的初始阶段,植入运动皮层的电极记录了猴子移动的意图,但实际上并没有移动屏幕上的虚拟手臂——这是通过手操纵操纵杆来完成的。研究人员最初以这种方式进行测试的原因是因为他们不确定进出大脑的电信号是否会相互干扰。

在实验的连续阶段中,操纵杆被拿走,允许来自大脑的运动信号仅利用猴子的意图来移动虚拟手,而从计算机返回到感觉皮层的电信号则提供触觉。通过这种方式,研究人员实现了大脑-机器-大脑交流的目标。

一旦接受训练,猴子们必须执行各种任务来测试他们是否能通过大脑中的电信号“感觉”到物体。他们必须在屏幕上两个视觉上相同的物体中选择一个,其中只有一个与“触摸”时的电子模拟有关。他们因将虚拟手臂举过正确的物体而获得果汁奖励。

基本结果是什么?

猴子们能够区分被触摸时与电刺激相关并产生奖励的物体,以及既不产生任何刺激也不产生任何治疗的物体。

研究人员如何解释这些结果?

研究人员表示,他们的bmbi展示了灵长类大脑和外部执行器(虚拟手臂)之间的“双向交流”,这种bmbi可以有效地“解除大脑对身体的生理约束”。简而言之,他们认为大脑在没有直接刺激动物皮肤的情况下解码触觉信息是可能的。

他们认为这意味着瘫痪患者的人工PMB可以通过皮质内微刺激(icms)受益于人工触觉反馈。

结论

这项关于非人灵长类动物的研究是正在进行的研究的一部分,该研究探索了开发假体PMB的可能性,该假体PMB使用脑植入来恢复瘫痪患者的自然运动。理论上,“双向交流”不仅可以让病人控制假肢的运动,还可以在某种程度上恢复触觉。正如研究人员所说,视觉反馈只能帮助你进行正常的活动。例如,如果你拿起一个物体,你也需要感觉它在你的手中,以防止你把它掉下来。

令人兴奋的是,这是早期的研究,包括将电极植入恒河猴的大脑。目前还不知道类似的技术是否可以用于人类,或者这种东西是否安全或可取。在知道sim ilar脑-机-脑技术是否能制造出能恢复瘫痪者运动和感觉的装置之前,还有一段路要走,还需要更多的研究和测试。

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