脑机接口训练协议提升假肢手控制精度

发布日期： 2024年10月17日

来源： 某机构/某研究中心

摘要： 研究人员在一项针对恒河猴的研究中，开发了一种新型脑机接口训练协议。该方法能够仅利用大脑信号精确控制假肢手。研究首次证明，大脑中控制不同手部姿势的神经信号对于这种控制至关重要，而非此前认为的控制运动速度的信号。这一结果对于改善神经假肢手的精细控制能力具有重要意义，有望使瘫痪患者部分或完全恢复活动能力。

完整报道

某研究机构的研究人员在一项针对恒河猴的研究中，开发了一种新型脑机接口训练协议。该方法能够仅利用大脑信号精确控制假肢手。研究首次证明，大脑中控制不同手部姿势的神经信号对于这种控制至关重要，而非此前认为的控制运动速度的信号。这一结果对于改善神经假肢手的精细控制能力具有重要意义，有望使瘫痪患者部分或完全恢复活动能力。

提购物袋、将线穿过针眼——力量抓握和精细抓握是我们日常生活中的常见动作。只有当无法使用双手时（例如由于截瘫或渐冻症等导致进行性肌肉麻痹的疾病），我们才意识到双手的重要性（和伟大之处）。

为了帮助患者，科学家们研究神经假肢已有数十年。这些人造手、手臂或腿可以使残障人士恢复活动能力。受损的神经连接通过脑机接口进行桥接，该接口解码大脑信号，将其转化为运动，从而控制假肢。然而，迄今为止，尤其是手部假肢仍缺乏在日常生活中所需的精细运动技能。

“假肢的效果主要取决于控制它的计算机接口所读取的神经数据，”该研究的第一作者、某机构的神经生物学家安德烈斯·阿古德洛-托罗说。“以往关于手臂和手部运动的研究集中在控制抓取运动速度的信号上。我们想探究，代表手部姿势的神经信号是否更适合控制神经假肢。”

在这项研究中，研究人员使用恒河猴作为实验对象。与人类一样，它们拥有高度发达的神经系统和视觉系统，以及显著的精细运动技能。这使得它们特别适合用于研究抓取运动。

为了准备主要实验，科学家们训练两只恒河猴在屏幕上移动一只虚拟的假手。在这个训练阶段，猴子用自己的手做出手部动作，同时观察屏幕上虚拟手对应的运动。猴子在任务期间佩戴的一只带有磁传感器的数据手套记录了它们的动作。

在猴子学会任务后，下一步它们被训练通过“想象”抓握动作来控制虚拟手。研究人员测量了大脑皮层区域中专门负责控制手部运动的神经元群体的活动。他们专注于代表不同手和手指姿势的信号，并根据相应的协议调整了脑机接口的算法，该算法负责将神经数据转换为运动。

“与经典协议不同，我们调整了算法，使得不仅运动的终点重要，到达终点的路径（即执行轨迹）也同样重要，”安德烈斯·阿古德洛-托罗解释道。“这最终产生了最精确的结果。”

随后，研究人员将虚拟手的运动与他们先前记录的真实手的数据进行比较，并证明虚拟手的执行精度与真实手相当。

“在我们的研究中，我们能够证明，控制手部姿势的信号对于控制神经假肢尤其重要，”该研究的资深作者、神经生物学实验室主任汉斯约格·舍尔贝格尔说。“这些结果现在可用于改进未来脑机接口的功能，从而也提高神经假肢的精细运动技能。”

本研究得到了某研究基金会和欧盟“地平线2020”项目的资助。FINISHED