[渐冻人症,医学名为肌萎缩侧索硬化症(Amyotrophic Lateral Sclerosis),简称ALS,是运动神经元病(Motor Neuron Disease,简称M.N.D)的一种,因为患者大脑、脑干和脊髓中运动神经细胞受到侵袭,患者肌肉逐渐萎缩无力以至瘫痪,身体如同被逐渐冻住一样,故俗称“渐冻人”。1997年,ALS/MND协会国际联盟选定在每年的6月21日,举行各类认识运动神经元疾病的相关活动,希望每年这一天,对这种可怕疾病的治疗和社会关爱能引起世人的普遍重视,并于 2000年在丹麦举行的国际病友大会上正式确定6月21日为“全球渐冻人日”。选择6月21日是因为这一天是夏至,即转折点,每年ALS/MND社区都会开展一系列活动,以此表达他们希望这一天成为寻找ALS/MND的原因、治疗和治愈方法的另一个转折点。——编者]
渐冻症晚期的病人处于完全闭锁状态,没有任何方式可以与外界进行交流,而脑机接口有望为他们搭起交流的桥梁。德国图宾根大学神经科学家尼尔斯·比尔鲍默(Niels Birbaumer)团队近日在《自然-通讯》上发表论文称,他们在一位处于完全闭锁状态的渐冻症病人的大脑皮层中植入电极,借助脑机接口和听觉训练,最终使病人成功打字,可平均每分钟拼写1.08个字母。
目前,没有辅助技术能够帮助处在完全闭锁状态的渐冻症晚期患者表达自己的想法,此时的病人们已经无法控制自己的眼球或肌肉。而此前的脑机接口技术是基于眼球运动、肌肉或神经信号来捕捉病人的意图的,因此之前的交流方式全部失效。
此次实验的参与者今年37岁,患有肌萎缩侧索硬化症(ALS),处在完全闭锁状态。2016年8月,他开始使用眼动仪设备和家人交流。但从2018年2月开始,家人发现检测他的眼球运动越来越困难,最后放弃了这一尝试,病人彻底失去了与外界交流的渠道。但是,病人的听觉和大脑活动仍是正常的,于是研究团队试图从听觉入手,解决交流阻碍。
研究团队在参与者大脑的辅助运动区和初级运动皮层植入两个微电极阵列,用于检测病人的神经元放电速度。该实验分为两部分,首先让病人练习如何调节神经元放电速度。团队成员给病人播放高音和低音,其中高音代表“是”,低音代表“否”,这被称作“目标音高”。然后给病人一个声音,他可以通过调整神经元放电速度来把声音调高或是调低,直到和目标音高一致,病人就可以表达“是”或“否”。在训练开始的第12天,病人发出了和目标音高一致的声音。
第二部分是拼写训练。这位病人的眼球还可以转动时,使用了一套特定的拼写系统,把字母分为五组,按照病人使用母语(德语)字母的频率排列。研究团队沿用这套系统,病人通过表达“是”或“否”,选择字母,最后组成单词。通过这样的方式,病人告诉家人他的生活需要、对儿子的爱,并感谢了比尔鲍默团队。
这项实验发现,在135天的拼写训练中,病人尝试了107天拼写,其中44天产生了可以理解的输出。从拼写速度来说,平均每分钟拼1.08个字母。比尔鲍默告诉财新,使用更好的软件和电极选择系统,病人打字的速度就会更快,“但是我们不用对他们如此着急”。
比尔鲍默表示,这项脑机接口技术前景广阔,目前脑机接口只用在中风和渐冻症病人身上,但“这项技术未来可以适用于所有处在闭锁状态的病人”。■