Lentis/神经假体

神经假体是一种通过建立大脑和机器之间的通信路径来替代受损的运动或感觉通路。当设备将大脑连接到计算机而不是机械设备（如假肢）时，使用术语脑机接口 (BCI)。它们通常分为两类：运动和感觉。运动神经假体利用来自大脑的电信号根据用户的意图控制设备，而感觉神经假体将外部刺激转换为旨在投射到大脑区域的电信号。^[1] 这些设备通常被植入，并设计成尽量减少侵入性，特别是在大脑或脑干等敏感的解剖部位。神经假体可以改善残疾人的生活质量，并且目前正在实验中用于研究中枢神经系统 (CNS)。

历史

神经假体研究始于 19 世纪中叶，但由于计算能力和速度的提高，最近蓬勃发展。^[2]

第一个感觉神经假体是由威廉·F·豪斯博士于 1957 年开发的人工耳蜗。^[3] 在产品开发过程中，他遇到了医学界的强烈反对，许多人认为它不会起作用。豪斯博士继续努力，直到他创造了一个他满意的持久原型。该设备于 1969 年首次植入人体，几年后，患者写信给豪斯博士说：“我不再生活在一个无声的运动和无声的脸的世界里”。美国食品药品监督管理局 (FDA) 于 1984 年批准了他的设备广泛使用，该机构的副局长说：“这是第一次有设备可以在一定程度上替代人类感官器官”。

第一个运动神经假体是 1961 年开发的功能性电刺激 (FES) 设备。^[2] 它旨在解决偏瘫患者的足下垂，这是一种使抬起脚的前部变得困难的步态异常。这种情况通常是暂时的，但如果得不到治疗，可能会变成永久性的。当时，他们的 FES 设备是一种非常规的治疗方法，使用电极刺激腓肠神经。他们设计的改进使得数千名偏瘫患者能够使用安全用于日常使用的 FES 设备。

神经假体研究才刚刚开始加速，并且已经取得了重大进展，改善了各种残疾人的生活质量。仍有一些问题需要解决，但随着研究的继续，有一天将有可能进入一个以修复技术为中心的脑外科时代。

当前研究和应用

拼写设备

闭锁综合征 (LIS) 是一种患者完全瘫痪且无法交流但意识到周围环境的疾病。缺乏交流会对患者的医疗保健产生负面影响，并会在受影响者及其亲人之间造成巨大的痛苦。^[4] 研究人员试图通过开发神经假体拼写设备来帮助 LIS 患者。

Birbaumer 等人于 1999 年开发了一种利用脑电图 (EEG) 检测到的慢皮质电位 (SCP) 的拼写设备。^[5] 慢皮质电位“是皮质电活动的变化 [并且] 可能由外部触发或自我诱导”。^[6] 这些信号使受试者能够根据诱发的 SCP 信号类型（正或负）控制光标的移动。拼写设备的工作原理是允许患者进行二分搜索。患者会将字母表分成两半，然后递归地指定正确的字母。整个程序会为下一个字母重新开始。这种方法本质上很慢，对于需要使用多个词的对话来说尤其麻烦。此外，并非所有患者都能成功地自我诱发 SCP。

2012 年，Sorger 等人试图通过利用功能性磁共振成像 (fMRI) 来改进前面提到的拼写设备。^[7] 该小组的拼写设备将参与者执行某些心理任务与特定的血氧水平依赖 (BOLD) 信号相关联。BOLD 信号可用于确定参与者执行心理任务时哪个大脑区域被激活。^[8] 该小组记录了每个参与者在三个不同任务中的 BOLD 信号：1）运动想象，2）心算，以及 3）内心独白。通过使用三个任务开始延迟和三个任务持续时间，字母表的字母用三个 BOLD 信号编码。例如，如果患者想要选择字母“E”，他们将在扫描开始后等待 10 秒，然后执行运动想象任务 30 秒。基于 fMRI 的拼写设备只需大约 10 到 50 秒即可选择字母表中的特定字母。但是，基于 fMRI 的拼写设备的临床应用受到 MRI 机器的成本和尺寸的限制。

假肢控制

人工假肢使截肢患者能够执行曾经被认为不可能的活动，例如步行。然而，它们仍然是正常肢体的粗陋替代品，对患有瘫痪（例如四肢瘫痪）的患者没有用处。Collinger 等人开发了一种 BCI，使四肢瘫痪患者能够控制假肢。^[9] 该小组将两个 96 通道微电极植入一名四肢瘫痪患者的运动皮层。这样做是为了记录个体的脑神经信号并开发一个脑神经解码器机器。脑神经解码器旨在将患者的脑神经信号转换为数字信号，用于控制人造肢体的运动。参与者能够在三维空间中自由移动假肢并执行任务，例如协调的伸手和抓握动作。随着持续的发展，BCI 有可能使瘫痪患者像使用有机肢体一样自然地使用人造肢体。

神经刺激

神经假体也被用于增强人类能力。在HRL实验室，研究人员试图使用神经假体来增强人类智力。利用经颅直流电刺激（tDCS），他们能够提高新手学习驾驶飞机的学习速度。^[10] 在 tDCS 中，非侵入性电极放置在受试者头部，向特定大脑区域传递电流以刺激。HRL 小组使用脑电图和功能性近红外光谱 (fNIRS) 来记录专家飞行员在使用飞行模拟器时的脑活动。接下来，该小组使用 tDCS 将专家飞行员的脑活动传递给新手，并在同一飞行模拟器上进行训练。HRL 小组的研究结论是，tDCS 增强了新手飞行员的驾驶能力，这表明有可能使用神经刺激作为工具来增强人类学习能力。

局限性和伦理

神经假体研究揭示了一些局限性和伦理困境，这些问题有待科学界解答。首先，传统研究通常依赖动物实验来推断人类解剖学和生理学现象。这是神经假体的一个限制，因为为了做出准确的推断，必须有一个测试对象，其大脑的复杂程度与人类大脑相似。这带来了一个伦理困境，因为理想的测试对象应该是人类。神经假体研究存在风险，可能涉及对敏感解剖区域进行侵入性手术，这使得对人类受试者进行测试成为一个伦理和法律上的难题。因此，缺乏足够的测试对象往往会阻碍该领域的发展。另一个局限性是，人类对中枢神经系统的理解有限，即使目前被认为安全的手术程序，在未来也可能产生意想不到的后果。例如，研究人员发现深部脑刺激，一种已被用于治疗多种神经系统疾病的手术，在帕金森病患者中使用时会产生意想不到的人格改变。^[11] 最后，一个主要的伦理困境涉及治疗与增强的相互作用。神经假体旨在取代受损的运动或感觉通路，但使用这些设备来增强现有的、未受损的通路是否可以接受？这个问题引发了关于这些设备的接受用途的激烈辩论。

争议

神经假体治疗通常很危险，与其他替代方法相比处于严重劣势。侵入性手术存在重大风险，如出血或感染。由于对人类神经系统的理解有限，风险评估变得很困难。在不知道起作用机制的情况下刺激大脑，似乎不可避免地会导致不可预见的后果。因此，不可避免地会产生一种恐惧，即接受神经假体治疗的患者将不再是“他们曾经的样子”。

令人惊讶的是，一些受神经假体影响的社区拒绝了旨在帮助他们的治疗。例如，聋人社区认为，拒绝人工耳蜗“并不是把她判处一个毫无意义的寂静的世界，而是让她加入了聋人社区，这个社区拥有自己丰富的历史、语言和价值体系”。^[12] 这些人认为，他们的状况不是残疾，而是他们身份的一部分，将其视为疾病是一种侮辱。

大众文化中对神经假体的描绘进一步支持了争议。例如，流行的科幻电视剧《神秘博士》将赛博人作为其主要反复出现的反派之一。他们是一个人类物种，他们用技术增强了自己的身体，直到他们变成了没有感情的机器，致力于将其他人类转化成他们的形式。流行文化中充满了其他关于赛博格的例子，这些例子通常以负面形象呈现。研究界必须解决这些恐惧，以最大限度地减少社会焦虑。

测试对象的可获得性

由于与神经假体治疗相关的风险，寻找测试对象可能很困难。FDA 制定的规定通常被研究人员视为重大阻碍。在一个相当极端的例子中，研究人员菲尔·肯尼迪博士，因开发第一个成功用于锁定患者的 BCI 而闻名，他决定通过在伯利兹让一名医生在他的大脑中植入神经植入物来绕过这些规定。不幸的是，手术并非没有并发症，他失去说话能力长达数天。由于他的头骨从未闭合在植入物周围，他不得不将设备取出，只获得了四周的良好数据。^[13] 虽然在法律上是可以接受的，但肯尼迪博士的行为具有重大的伦理意义。研究界必须决定他们愿意为开发技术走多远。

参考文献

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[1] Leuthardt, E., Schalk, G., Moran, D., & Ojemann, J. (2006). The Emerging World of Motor Neuroprosthetics: A Neurosurgical Perspective. Neurosurgery, 59(1), 1–14. https://doi.org/10.1227/01.neu.0000243275.01470.c0

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[4] Laureys, S., Pellas, F., Van Eeckhout, P., Ghorbel, S., Schnakers, C., Perrin, F., … Goldman, S. (2005). The locked-in syndrome : what is it like to be conscious but paralyzed and voiceless? In S. Laureys (Ed.), Progress in Brain Research (Vol. 150, pp. 495–611). Elsevier. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079612305500347

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[13] Engber, Daniel. (2016). The neurologist who hacked his brain - and almost lost his mind. Wired. https://www.wired.com/2016/01/phil-kennedy-mind-control-computer/

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