患有视力丧失或运动功能丧失等无法治愈疾病的患者,可能离一种可行的技术更近一步,从而更快地恢复他们失去的感觉。这是因为一项发现:用于触觉和视觉假体的先进脑接口技术实际上几乎是一样的,尽管50多年来它们一直是完全分开开发的。
这一发现最初发表在一篇综合综述中,该综述刊登在《自然综述:生物工程》上,由瑞典查尔姆斯理工大学助理教授贾科莫·瓦莱牵头完成。
尽管脑机接口是分开开发的,但脑机接口(BCI)是一个新兴技术领域,正被用于恢复人体多种丧失的感觉,比如,视觉皮层假体(VCP)用于恢复视觉,体感皮层假体(SCP)用于恢复触觉。
脑机接口的工作原理是把微电极直接植入大脑,实现大脑与外部设备(如摄像头或仿生手)之间的直接通信。它们可以通过直接刺激大脑的特定区域并模拟患者的自然感觉,绕过体内受损的传导通路。
“这项技术为视力丧失和运动功能丧失(如瘫痪)领域那些原本没法治的患者带来了真正的突破,让他们能够控制运动、与人交流,或者恢复触觉和视觉,这在以前是不可能的,”Valle说。
一种技术,两种独立的感觉
自然的视觉和触觉在人体中有共同的神经和计算原理,也就是从外界(通过眼睛或皮肤/手)收集复杂信息,并将其转化成大脑能接收的电信号。
因此,这两个研究领域都能够利用相似的技术,通过将脑机接口植入大脑的不同区域,来人为地复制这些感觉。然而,直到现在,这两个领域之间还没有进行过交流。
“通常,人们研究的是人工触觉或人工视觉。研究人员参加不同的会议,面对完全不同的病症和患者,在医院里不同的科室工作。这两种感官的研究一直是并行发展的,但我们从未在全球范围内讨论过这个问题。直到现在,我们都没把它看作一个共同的挑战,”Valle说。
综述背后的灵感
这篇综述论文“用皮层微刺激恢复视觉和触觉”首次将视觉假体和感觉假体放在一起进行比较,并讨论了这两个研究领域如何相互学习。
它探讨了大脑皮层电刺激的原理、所使用的电极类型、人工视觉和触觉感知是如何被制造出来的、迄今为止临床试验的结果,以及仍然存在哪些技术和临床障碍。
“将这两个研究领域融合的想法源于我上一篇参与研究的论文。我们当时已经不再局限于恢复简单的触觉,而是迈向更复杂的感觉。我们必须考虑如何恢复物体边缘的触感或触觉上的运动感。通过研究,我发现人工视觉领域也在面对同样的挑战,目标也是实现更复杂的视觉感知,”Valle说道。
他指出,在过去,视力丧失和瘫痪的恢复一直是两个截然不同的研究领域,各自面临独特的挑战,并且采用不同的方法来恢复人体的这些功能。但随着技术的持续快速发展,这两个领域已经实现了融合。
“希望我们的论文能促成这两个领域之间的有益合作,让我们离同一项技术同时服务于人工视觉和触觉的目标更近一步,让两类患者都能受益。我梦想未来医院里能有一个科室,患者可以去那里做‘感官修复’,而我们统一的技术能让所有人都方便地用上,”Valle表示。
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