历史性的科学突破：晚期ALS患者通过植入脑部后能够进行交流

一个完全瘫痪的人一封信地表达了自己的感情，这样当他读到 “我爱我的好儿子” 这句话时，他的家人就会感到兴奋。

患者经历了神经系统疾病肌萎缩性侧索硬化症的最后阶段 (ALS), 这导致极端孤立，无法沟通, 包括.患有这种疾病的人失去了对肌肉的控制，沟通可能变得不可能。但是，根据进行实验的研究人员的说法，借助植入式设备读取大脑中的信号，这个人得以选择字母并形成句子。

乌得勒支大学医学中心的脑机接口研究员马里斯卡·范斯汀塞尔说：“人们真的怀疑这是否可行，” 他没有参与这项研究。《自然通讯》。”埃塞克斯大学神经工程师Reinhold Scherer补充说，如果新的拼写系统对所有被完全封锁的人都是可靠的，并且可以使其更加高效和负担得起，那么它可以使他们与家人和护理团队重新建立联系。

ALS 会破坏控制运动的神经，大多数患者在诊断后的 5 年内死亡。当一个人不能再说话时，他们可以使用眼动追踪摄像头在屏幕上选择字母。在疾病进展的后期，他们可以通过微妙的眼球运动回答是或否的问题。但是，如果一个人延长寿命，他可能会花费数月或数年的时间来倾听但无法交流，因为即使眼睛也无法移动。

2016 年，Vansteensel 的研究小组报告说，患有 ALS 的女性可以使用检测到试图移动手的大脑植入物来拼写句子。但是这个人对眼睛和嘴巴的一些肌肉的控制仍然很少。目前尚不清楚失去对身体的所有控制权的大脑是否能够始终如一地发出预期的运动信号，以便进行有意义的交流。

革命性的沟通

参加这项新研究的患者是一名患有ALS的男性，现年36岁，他于2018年开始与德国蒂宾根大学的一个研究小组合作，当时他仍然可以移动眼睛。他告诉团队，他想要一种侵入性植入物来尝试与家人（包括他的小儿子）保持沟通。他的妻子和妹妹书面同意接受手术。

“同意这种类型的研究会带来道德挑战。西雅图华盛顿大学的神经科医生和神经伦理学家埃兰·克莱因博士说，在他最后一次交流眼动之后的这段时间里，这个人将无法改变主意或选择退出。

研究人员将两组 3.2 毫米宽的方形电极插入控制运动的大脑部分。德国非营利组织 ALS 的生物医学工程师兼神经技术专家乌杰瓦尔·乔杜里说：“当该男子被要求尝试移动手、脚、头和眼睛时，神经信号不够一致，无法回答是或否的问题。”声音。

经过将近 3 个月的失败努力，该团队测试了神经反馈，其中一个人试图修改自己的大脑信号，同时实时测量自己是否成功。随着植入物附近神经元的电发射加速，可听见的音调变得更高，而随着植入物减速，可听见的音调会降低。

研究人员要求参与者使用任何策略来改变这种基调。在第一天，我可以移动音调，到第 12 天，我可以将其与目标音调匹配。乔杜里回忆说：“听起来就像音乐一样。”研究人员通过寻找最容易接受的神经元并确定每个神经元在参与者的努力下如何变化来调整系统。

通过将音高保持在高或低，该男子可以对一组字母表示 “是” 和 “否”，然后对单个字母表示 “是” 和 “否”。在@@ 使用该系统大约3周后，他产生了一个易于理解的句子：要求护理人员改变自己的位置。次年，他以每分钟大约一个字符的精心速度写了几十句话：“炖牛肉汤和甜豌豆汤”。“我想大声听听 Tool 的专辑。”“我爱我的酷儿子。”

他最终向球队解释说，他调整了语气，试图移动眼睛。但是他并不总能成功。在研究报告的135天中，只有107天它能够以80％的准确度匹配一系列目标音调，而在这107天中，只有44天能够产生可理解的句子。

“我们只能猜测” 前几天发生了什么。参与者可能已经睡着了，或者根本没有心情。也许来自大脑的信号太弱或变化不定，无法对计算机的解码系统进行最佳配置，而这需要每天进行校准。瑞士 Wyss 生物工程@@ 与神经工程中心的神经科学家乔纳斯·齐默尔曼说，相关的神经元可能已经进入并离开了电极的范围。

俄勒冈科学与健康大学研究脑机接口的梅兰妮·弗里德·奥肯说，即便如此，该研究表明，通过根据自己的能力调整界面来锁定自己，仍有可能与他人保持沟通。“太好了。他说，但是在设计、测试和维护定制系统上花费了数百个小时。专家们澄清说，我们还远没有将其转变为家庭可以购买的辅助技术状态。”

“这次演示还引发了道德问题。对于会说话的人来说，讨论临终护理偏好非常困难，” 克莱因指出。“你能用其中一台设备进行一次非常复杂的对话，每天只允许你说三句话吗？你当然不想误解这里的单词或那里的一个字。”齐默尔曼说，研究小组规定，参与者的医疗保健不应依赖于界面。“如果拼写器的输出是'关掉我的风扇'，我们就不会这样做。但是，应由家庭成员以他们认为合适的方式解释患者的意愿，” 他澄清说。

乔杜里基金会正在寻求资金，向其他几位患有 ALS 的人提供类似的植入物。他估计，该系统在头两年的成本约为500,000美元。同时，齐默尔曼和他的同事们正在开发一种信号处理设备，该设备通过磁铁连接到头部，而不是固定在皮肤上，这有感染的危险。

到目前为止，从头骨外部读取信号的设备还不允许拼写。2017 年，一个团队宣布，它可以使用一种称为功能性近红外光谱的非侵入性技术，以 70％ 的准确度对全封闭参与者的大脑的 “是” 或 “否” 反应进行分类（fNIR)。这项新研究的两位合著者，乔杜里和图宾根大学的神经科学家尼尔斯·比尔鲍默（Niels Birbaumer）是该团队的一员。但是其他研究人员对该研究的统计分析表示担忧。2019年有两项调查发现不当行为，两份文件被撤回。提交人提起诉讼，对不当行为的调查结果提出质疑。对FNIRs研究持怀疑态度的舍勒说，这种侵入性设备的结果 “肯定更强”。

齐默尔曼说，Wyss Center 的研究人员继续与这位研究参与者合作，但他的拼写能力已经下降，现在他回答的大多数是或否的问题。

“植入物周围的疤痕组织部分归咎于它，因为它掩盖了神经信号。认知因素也可能起作用：在多年无法影响设备环境之后，参与者的大脑可能会失去控制设备的能力。但是，只要他继续使用该设备，研究团队就会致力于维护该设备，” 齐默尔曼说。“这是一项巨大的责任。我们非常清楚这一点，” 他总结道。

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