恢复联系通过在人脑中植入电极需要工程周围感觉滞后
在美国有超过500万人受到影响肢体损失或瘫痪。科技设备直接与大脑,被称为脑-机接口,提供潜在的解码一个人的思想并将其转化为行动使用一个机器人手臂或屏幕上的光标。这些neuroprosthetics可以代替一个截肢或瘫痪的手臂,例如,帮助用户采取行动。
在这一领域的许多研究集中在解码大脑信号什么人想做什么?
但是还有另一个同样重要的任何真实的假体系统的一部分。它需要能够传达信息在另一个方向,也回大脑从外部世界提供反馈。想想是多么具有挑战性与世界没有联系。任务,如照明匹配,拿起一个鸡蛋,抓住一个咖啡杯变得非常困难。
华盛顿大学的脑科学中心,我们的团队是如何最好地锻炼工程师刺激到大脑恢复触觉,让人们执行有用的任务。为此,我们正在研究人们如何应对引发的感觉电刺激的大脑。我们的目标是帮助设计一个系统,总有一天会让人失去了触觉感受爱人的手。
速度与大脑刺激的天然联系
与神经外科医生合作杰弗里·奥杰曼和安德鲁·柯,我们依靠病人志愿者慷慨地允许我们进行研究时接受治疗癫痫。
帮助本地化的起源病人的癫痫发作前清除脑组织可能帮助他们的癫痫,奥杰曼和Ko暂时植入小,金属电极上,在病人的大脑。这些电极监测大脑的癫痫发作的神经外科医生,知道不该做操作。
我们的实验使用相同的电极在两个方面。我们可以记录大脑的神经元的电活动。我们也可以少量的电流注入大脑的特定部分。当我们把一个小的电触摸处理的大脑区域,经历的人触觉。换句话说,当我们与电激活特定的神经元,志愿者的经验是如果我们触摸身体的特定部位。
在一项研究中,我们想了解哪些触觉个体将感知速度更快人工刺激将直接通过电极电刺激大脑,或自然质感由于实际接触病人的手吗?
我们要求尽快对象按下一个按钮使用手相反,他们觉得这种感觉。他们被蒙上眼睛,消除潜在的视觉反馈,可能会混淆我们的结果。
我们发现令人惊讶。个人回答直接刺激更慢他们大脑的初级躯体感觉皮层与自然接触的手指。即使一个电信号直接从大脑的电极绕过所有的周围神经之间的手和头部,信号,旅行旅行时间越长升感觉神经先注册。
这个结果即使我们再次测试受试者经过短暂的休息,这表明它无法解释仅仅作为一种新奇的感觉,受试者需要时间来学习。
之前的研究在非人类灵长类动物也发现了类似的延迟反应时间相对于自然联系当研究人员发表在躯体感觉皮质电刺激到一个位置。另一方面,最近的研究使用多个电极刺激躯体感觉皮质非人灵长类动物发现这样的电刺激可以引起响应时间略高于自然的联系。
综合来看,这些研究都证明刺激大脑的复杂性来取代自然的触觉反馈。未来的技术和工程策略需要考虑变化触觉取决于电刺激在大脑中是有针对性的。
工程在感官滞后
通过发现推迟人们如何应对直接电刺激他们的大脑,我们发现潜在的限制在当前的工程解决方案如何执行。延迟可能会限制未来如何感觉实验鼠使用这些临床电极可以工作。
设计师可能需要占显著延迟人工感觉相对于自然联系。例如,如果用户不接收反馈从触摸传感器在机械手上,速度不够快,和整个系统不占这个延迟感知,有人试图捡起鸡蛋机械手可以应用太多的压力和压碎它。
提高反应时间和更广泛的提高直接的效用脑刺激,我们需要考虑到正在进行的大脑活动和调整电刺激模式为每个人的大脑和手头的任务。
为了实现这一目标,我们最近提出了一个新型的脑机接口被称为大脑协同处理器使用人工智能计算任务的最佳刺激模式鉴于目前的大脑活动。这种方法允许多个电极,可能针对多个区域,依靠互相适应与大脑更好的近似自然的感觉。
电刺激能有意义地代替自然接触在现实世界中复杂的任务吗?我们相信。它将需要了解错综复杂的信息处理的大脑,将这些知识纳入未来协同处理器和实验鼠恢复联系。
