一个人处于一个完全闭锁状态的肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)已经能够与他的家人和护理人员由于植入。设备帮助病人,谁是无法移动任何肌肉甚至睁开眼睛,接触外面的世界只使用他的大脑活动。
快速神经退化
在过去的十年中,大脑植入物的组合和脑-机接口(BCI)使患有严重的脑损伤或神经退化恢复交际能力。这项新的研究,发表在自然通讯由一个国际研究小组是第一个成功地使用这样的患者严重退化。
病人,一位不愿透露姓名的男子在他30年代后期,第一次被诊断出患有进行性肌肉萎缩、肌萎缩性侧索硬化症的变种,2015年8月。疾病的快速推进。不能行走或说到2015年底,他使用一个眼动跟踪系统来交流。这种系统允许用户与键盘或软件环境交互,但他们有限的效用依赖于神经元控制眼球运动功能。从2017年8月,病人失去了能力,注视他的目光。预计,他将最终失去即使睁开眼睛的能力,病人的家庭伸出博士Ujwal Chaudhary和尼尔斯·Birbaumer,德国图宾根大学的研究人员。
ALS是什么?
肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)是一种进行性神经系统的疾病。影响神经细胞产生运动,进步疾病剥夺了病人自愿控制肌肉用于行动像走路和说话。目前还没有治愈的疾病,只有百分之十的病人在诊断后活了十年。
一动不动的身体还保持运动的大脑?
乔杜里和Birbaumer合著者产生的纸上,结果两年多的工作,使病人沟通。的作者乔纳斯·齐默尔曼博士在日内瓦Wyss中心在一次新闻发布会上解释说,这项研究的结论是一个持久的争论围绕个人的能力在神经退行性疾病的最严重阶段。“这项研究回答了一个长期存在的问题是否完全闭锁综合症患者(不过)-失去所有自愿肌肉控制,包括眼睛或嘴的运动——也失去他们的大脑生成命令进行交流沟通的能力。”
2018年6月,随着病人的最后肌肉控制恶化,团队他搬到他家附近的一家医院,他的运动皮层植入两个微电极阵列。病人的脑部手术只代表一次痛苦旅程的第一个考验对恢复他的沟通。
皮层数据被记录在研究过程中。信贷:Wyss中心
在这个阶段,目前尚不清楚他是否能够完成这个旅程。有更早研究跟踪闭锁综合症患者的能力(LIS)与BCI通信接口。然而,没有病人之前实现通信一旦发展到损失的综合领先指标阶段控制眼球运动。研究人员推测,一旦失去了所有物理运动,神经信号,使运动也会丢失,使通信技术是不可能的。
植入后的一天,病人开始他努力证明这个理论是错误的。
Neurofeedback突破
研究小组要求病人精神上采用他以前使用eye-based运动策略,希望即使没有运动,他们将能够解码大脑信号,他的运动皮层将已经发送到他的眼睛。然而,团队无法发现任何一致的信号。同样,当研究人员要求病人想象手或脚运动,BCI无法检测到一个可靠的信号。
他们拒绝放弃。86天post-implantation,研究者决定改变策略,基于neurofeedback采用一种新方法。“我决定玩牢房反击他,所以他能听到,“Birbaumer告诉188金宝搏备用。这种方法被使用以前在BCI研究主题,在屏幕上显示他们的细胞发射率,增益调节的能力。
虽然他不能查看燃烧率,以听力的方法为病人工作。说:“这一策略打破了僵局,Birbaumer。“现在,他能够控制BCI。”
经营他的BCI,病人扮演了一个基调,与火的速度他的神经活动。当细胞增加了燃烧速度,提高音调,而较低的活动产生了较低的基调。进一步12天后,病人能够可靠地增加或减少他的神经活动达到两种“目标”音调。更高的语气将代表“是”反应,而较低的语气说“不”。这让病人能够精心选择字母读出BCI,允许他拼写单词。
通信恢复
在接下来的360天,研究人员反复访问病人的家中,进行几个小时录音几天。这项研究被COVID-19大流行,迫使一些会话进行远程和病人的妻子控制BCI的硬件。总的来说,实验共进行了135次记录。
经过几个月的沉默,病人开始再次沟通。过程缓慢——以听力系统意味着平均花了一分钟的病人交流一个字符,但病人坚持他的消息。第二天,病人写谢谢消息Birbaumer和他的团队。写在他的母语德语,之间他分手消息指示他的关心——“每个人都必须使用我的眼睛经常凝胶”和“当游客在这里,位置总是非常高”——为他的家庭和个人信息,问他年轻的儿子他是否想看迪斯尼的罗宾汉和他在一起。
系统没有完美的运作和有限制的研究需要考虑。每天开始训练,病人必须显示的能力匹配他的大脑活动目标音调在继续之前拼字的会议,他被允许自由选择使用BCI的信件。研究28日天,病人无法可靠地击中目标音调足以继续拼字的会话。此外,研究人员只能使用少量的电极通道记录信号。团队写在他们的论文中,尽管他们认为改变的方法来记录从更多的渠道,他们觉得更改协议可能会打破他们的病人建立了脆弱的通信线路。
最后,系统的输出并不总是理解,产生完整的和可以理解的短语在44 107天。但是总体而言,病人管理生产5747个字符,作者可以解码,恢复通信,否则会对病人是不可能的。
“成功通信与BCIs曾被证实患有瘫痪。但是,据我们所知,我们的研究首次实现通信的人没有剩余的随意运动,因此对他们来说,BCI是现在唯一的沟通方式,“齐默尔曼说。
改变生活的技术
虽然目前没有系统以外的临床研究,调查人员已经修改它允许其使用的家庭没有研究者的技术输入。Birbaumer说,科技改变生活。“沟通成为可能,ALS瘫痪患者的生活质量是好的,”他说。“病人告诉我们回顾,没有交流是折磨。[的]标准应该有显著改善,如果你可以问病人关心疼痛,症状等。”
最重要的从审判裁决,然而,是病人,系统上交流他的想法。“荣格es funktioniert恰巧所以muehelos,”他在他的家乡德国,翻译:“男孩,它毫不费力地工作。”
参考:Chaudhary U Vlachos,我,齐默尔曼,JB, et al .拼写接口使用皮层信号在一个完全闭锁患者通过听觉来启用neurofeedback培训。Nat,审稿。2022年。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 28859 - 8。
附录:
这项研究是在上下文过去发现的严重违纪的行为反对Birbaumer和乔杜里。有关调查结果的数据和分析两次发表论文公共科学图书馆生物学。两篇文章,随后收回,也关注使用解码大脑活动的思想完全闭锁的病人。德国研究机构,德意志Forschungsgemeinschaft (DFG)发现,科学家没能显示完整的分析数据和病人检查在这些以往的研究和虚假陈述。这些指控不与当前研究的结果涉及不同的方法,监督和分析。在一份声明中,188金宝搏备用Birbaumer表示,这项新研究“表明所有的指责都是错误的”,建议额外即将法律发展将进一步减轻他和乔杜里的先前的研究。
