2016年2月13日 星期六

讀腦神器

Stent Electrode Reads Brain Signals From Inside a Vein

Prachi Patel

10 Feb 2016

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癱瘓的人可以藉由腦-機器的介面(Brain-Machine Interfaces, BMI)來控制機器手臂、電腦指標和義肢(exoskeleton),而且心想事成。這個介面需要植入腦裡或置於腦上的電極讀取放電神經元(firing neurons)的訊號。


但是上述的方式都要開腦手術,有一定的風險,但澳洲的科學家研發一種只有火柴大小的支架電極(stentrode),只要沿著血管達到腦血管就可以讀取高品質的訊號。

醫生會用一個導管嵌入靜脈,並使電極抵達頭骨內,此電極所接收到的訊號可以回傳到暗插於胸腔肌肉的無線訊號發射器,然後專門的軟體精密的分析該訊號,癱瘓的人就可以如意的控制義肢了。

他們使用一隻可以自由移動的羊做研究了六個月且觀察牠們高頻神經訊號。發現他們的支架電極及直接從植入腦部的晶片腦電圖結果相吻合。

那個支架電極是用鎳鈦合金做的 3 毫米寬、3 公分長的管子,前端配上網狀的表面,上面附有許多碟狀電極,每個電極可偵測約 10,000 個神經元。他是由一個導管帶入血管,當導管撤去後,網狀的表面就變為原本大小。
Illustration: University of Melbourne

墨爾本大學的神經學家 Thomas Oxley 說道,頭幾天,那個支架電極的訊號因為血流的關係,斷斷續續、不是很清楚,但是到了第六天,那個訊號顯然的變得很清楚明顯。他們檢查 X 光片發現該東西已被血管壁吸收包覆,這同時也證明他的生物相容性。

該支架電極的收集頻率可達 190 赫茲。Thomas Oxley 說道,70 - 200 赫茲對運動皮質所放的訊號有最好的保真度且對腦-機器界面比較有用。

有一些腦-機器界面是附著於頭皮上來解碼那微弱的腦電圖(electroencephalographic, EEG),他有些致命的弱點,頭皮會弱化腦電圖且他偵測頻率只到 60 赫茲。這也是那麼多腦-機器界面採取直接植入腦部,但是如此會導致慢性炎症(chronic inflammation)及組織排斥(tissue rejection)進而使機器故障終至毀損。而且,許多神經元是在腦的深層,那些植入式的東西很難到達,然而,支架電極卻可以隨著血管自然地抵達而偵測更精準的訊號。

但是他們尚未解碼任何訊號,他們想要藉由高等生物的訊號來著手,例如猴子之類的,但是猴子的血管太小,他們乾脆直接用人類來實驗,他們將於 2017 後半年做人體實驗,他們將使用皇家墨爾本奧斯丁醫院(Royal Melbourne and Austin Hospitals)的截癱和癱瘓患者做人體實驗。