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mindBEAGLE脑机接口通过算法可帮助无法说话、无法移动的人发声

IEEE电气电子工程师学会 2017-12-14 11:46 次阅读
有些人陷入生活中最令人恐惧的困境之一:有认知意识,但身体无法移动、无法说话、眨眼或以任何方式交流,一个奥地利组织正在使用脑机接口技术来帮助这类人。该系统的开发商“g.tec医疗工程”正在将该系统商业化,并在近日于华盛顿召开的神经科学学会会议上召开了解释性研讨会。 该工具能够使患有被称为“闭锁综合征(locked-in syndrome)”的人们,可以通过他们的思想回答一些简单的例如是或否的问题。这种技术可以帮助清醒状态下无法做出反应的人进行交流,但是对那些处于昏迷状态、没有认知功能的人没有作用。 mindBEAGLE脑机接口通过算法可帮助无法说话、无法移动的人发声 该系统被称为mindBEAGLE,其依靠脑电图(EEG)来检测大脑活动,然后通过机器学习算法来解释大脑活动表达的意思 – 这是一种称为脑机接口或BCI的通信形式。 在mindBEAGLE系统中,用户在他们的头上佩戴具有16个电极的EEG帽。 他们手上还佩戴一种手振动马达,通过响应他们的左侧或右侧的震动,用户可以建立起区分“是”或“否”的测量方法。 然后向使用者询问是或否的问题。回答时,使用者将注意力集中在震动的那只手上,左手为“是”,而右手是“否”。EEG脑电图帽检测该任务产生的大脑活动。 g.tec首席执行官兼创始人克里斯托夫•古格(Christoph Guger)表示,这其中最重要的信号是p300s,即人对一个需要关注的罕见事件做出反应时发生的脑电波。 由Guger和他的团队训练的算法然后可识别使用者的p300波及其与右手或左手的关联。电脑因此闪烁着“是”或“否”的字眼,焦急等待的亲人由此可以看到回答。每个问题大约需要38秒。 在一项针对闭锁综合征患者的研究中,根据g.tec和意大利巴勒莫大学的研究,12人中有9人能够使用BCI系统进行交流,平均每十个问题中就有八个能够正确回答。此外,闭锁综合征最严重形式的三名患者中的两名(称为完全闭锁综合征)可以使用该系统以大约80%的准确度进行通信。 被“闭锁”的人通常由于创伤性脑损伤、中风、药物过量或神经退行性疾病如肌萎缩侧索硬化(ALS)后达到该状态。 mindBEAGLE脑机接口通过算法可帮助无法说话、无法移动的人发声 后者的案例是意大利巴勒莫的一位女性卡梅利娜(Carmelina),她的神经退行性疾病使她无法移动身体的任何部位或以任何方式回应,这种状态已经超过三年。 卡梅利娜的女儿说,她不确定她的母亲是否能听到她的声音。于是,她通过用mindBEAGLE系统,发现妈妈确实可以理解。现在,卡梅利纳的家人更多地拜访她,他们阅读书籍来与她沟通,并与她有更多的互动。 除了帮助家庭外,这项技术还可以帮助病人明确自己的意愿和同意接受治疗,帮助医生做出决定。Guger表示,一位有客观证据认知的医生可能会“更多地关注患者,或者改变策略或药物”。 Guger指出:“认知评估通常是在脑损伤后不久进行的,这决定了你今后将被如何治疗。”但是,当病人疲倦的时候,最初的评估可能会有误差。更频繁的评估将有助于在一天或一天中的好时间检测到患者的意识,揭示他们意识的真实程度。 罗马圣卢西亚基金会的神经电影成像和BCI实验室的研究人员正在开发一种类似的BCI系统来解读植物人或最低意识状态人们的想法。Wyss日内瓦生物与神经工程中心利用功能近红外光谱仪(fNIRS)开发了闭锁患者的BCI工具。 Guger说g.tec的系统是第一个这样的商业化BCI系统。它的协议很容易重复,所以系统可以在任何地方部署,包括在病人的家中,在训练有素的技术人员的帮助下。他的公司上个月在纽约奥尔巴尼的健康科学大学开设了一家新工厂。该中心的工作人员将对中风患者进行治疗和康复,并对其他闭锁综合征患者进行家访。 该公司还有两个这样的中心,一个在奥地利,另一个在西班牙。

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