研究人员建立脑机接口来控制假手
无创技术允许截肢者使用仿生手，由他的思想驱动
休斯顿大学(UH)的一个研究团队创造了一种算法，可以让一个人用假手抓住瓶子和其他物体，仅由他的思想驱动。
一名右手被截肢的56岁男子演示了这项技术，该技术使用非侵入性大脑监测，捕捉大脑活动，以确定大脑的哪些部分参与抓取物体。有了这些信息，研究人员创建了一个计算机程序，或脑机接口(BMI)，利用受试者的意图，让他成功地抓住物体，包括水瓶和信用卡。通过安装在截肢者残肢上的高科技仿生手，实验对象抓住所选物体的成功率为80%。
根据研究人员的说法，之前的研究包括手术植入电极或依赖于手臂肌肉电信号的肌电控制，都显示出类似的成功率。
赫伯特大学的神经科学家和工程师Jose Luis Contreras-Vidal说，这种非侵入性方法有几个优点:它通过头皮脑电图(EEG)测量大脑活动，避免了手术植入电极的风险。肌电系统并不是所有人的选择，因为它们要求与手抓相关的肌肉神经活动保持完整。
这项研究的结果发表在3月30日的《神经科学前沿》神经义肢部分。
康特拉斯-维达尔、休·罗伊和莉莉·克兰茨·卡伦是哈佛大学电气和计算机工程杰出教授，他们与研究生Harshavardhan Ashok Agashe、Andrew Young Paek和张宇航是这篇论文的主要作者。
这项工作由美国国家科学基金会资助，首次证明了截肢者用多指义手通过脑电图控制身体质量指数来抓取。孔特雷拉斯-维达尔说，这也可能导致更好的义肢的发展。
研究人员说，除了证明使用非侵入性脑电图可以实现假肢控制外，这项研究还提供了对抓取神经科学的新理解，并将适用于其他类型损伤的康复，包括中风和脊髓损伤。
研究对象包括五名身体健全、右撇子的男性和女性，都是20多岁，还有一名截肢者，他们接受了64通道的活动脑电图(EEG)测试，电极连接在头皮上，以捕捉大脑活动。孔特雷拉斯-维达尔说，大脑活动被记录在多个区域，包括运动皮层和已知用于动作观察和决策的区域，在手开始抓取前50毫秒到90毫秒之间发生。
他说，这为大脑预测运动而不是反映运动提供了证据。
研究人员写道:“目前的上肢神经义肢可以恢复一定程度的功能能力，但无法达到自然手的易用性和灵活性，特别是在抓取动作方面。”研究人员指出，使用侵入性皮层电极的工作已被证明可以实现一定程度的手部控制，但不能达到所有日常活动所需的水平。
“此外，植入电极所需手术的固有风险，以及记录信号的长期稳定性，都是令人担忧的。在这里，我们表明，从多个头皮脑电图信号中，以自然、直观的方式提取各种物体的预期抓取动作的详细信息是可行的。”
到目前为止，这被认为只有通过侵入性地在大脑内部或表面获取大脑信号才有可能实现。
研究人员首先记录了身体健全的志愿者在拿起五个物体时的大脑活动和手部运动，每个物体都被选为不同的抓握方式:一个易拉罐、一张cd、一张信用卡、一枚小硬币和一把螺丝刀。记录的数据被用来创建将神经活动解码为运动信号的解码器，从而成功地重建了抓取动作。
然后，他们给被截肢者安装了一只由电脑控制的神经义肢手，并让他观察并想象自己在控制这只手，因为它移动并抓住了物体。
受试者的脑电图数据，以及从身体健全的志愿者那里收集到的假手运动信息，都被用于构建算法。
孔特雷拉斯-维达尔表示，在改进算法的同时，额外的练习可以将成功率提高到100%。
