编译/VR陀螺

近日，有研究人员开发出一种皮层内脑机接口（BCI），未来有望帮助瘫痪患者操控轮椅、假肢等设备。该技术已在猕猴身上完成测试，相关成果发表于《Science Advances》。

这套脑机接口系统采集猕猴大脑三个区域的神经信号：初级运动皮层、背侧运动前区皮层与腹侧运动前区皮层，实现了对实时三维运动更精准、更灵活的解码，相较以往脑机接口系统实现了技术突破。

研究采用具备立体视觉的复杂3D VR环境，场景复杂度与不可预测性逐级提升，以此模拟真实生活情境。实验中，猴子被固定在座椅上，头部与手臂受限，观看高刷新率3D屏幕；同时佩戴与显示屏同步的快门式眼镜以获得立体视觉，红外眼动追踪设备则以500赫兹频率监测其视线。

研究人员在三只猴子的三个不同运动脑区植入了Utah阵列电极（微型电极网格）：初级运动皮层（M1）、背侧运动前区皮层（PMd）与腹侧运动前区皮层（PMv）。此前多数脑机接口仅依赖初级运动皮层，而许多运动相关的独有信号在M1中缺失或难以解析，仅依靠该区域会降低数据质量。

研究团队通过额外记录另外两个脑区信号尝试解决这一问题。结果显示，在所有任务与受试个体中，PMv与PMd的信号表现始终优于M1；仅使用PMv与PMd的组合，效果往往接近甚至超过同时采集三个区域信号的整体水平。这表明运动前区皮层存在协同作用，也凸显出在有运动前区信号时，M1独立发挥的作用有限。

一项配套研究证实，仅依靠PMv活动即可支持在线光标控制，效果与M1或PMd相当。该区域信号反映的是高级运动规划指令，而非M1发出的底层执行信号，因此可能让患者更易操控脑机接口。

此外，对于中风导致M1受损、或患有肌萎缩侧索硬化（ALS）的患者，利用其他皮层区域信号实现脑机接口控制具有重要意义。

在所有任务中，解码器均通过猴子被动观察VR环境中的运动画面来采集数据并训练。猴子观看屏幕上的动作，其大脑产生的神经反应被用于校准解码器。这一点对无法自主做出动作以训练系统的瘫痪患者至关重要。

该脑机接口将三个运动皮层的神经活动转化为实时三维速度信号，猴子的脑信号持续被解码，用于控制VR环境中球体或虚拟形象的方向移动指令。

系统采用闭环运行模式，在线使用期间无需重新训练解码器，而是依靠使用者自身的神经可塑性与解码器的强泛化能力工作。猴子的大脑会主动适应并控制系统，而非系统不断根据大脑活动重新校准。

研究人员设计了五项任务验证系统有效性，逐步测试脑机接口能否应对避障等动态、不可预测的场景。实验装置在逼真的沉浸式3D VR环境中搭载动态相机追踪系统，可实现连续导航与避障，模拟真实世界场景。立体3D显示屏为猴子提供真实的深度感知，相比以往研究使用的2D屏幕是一项重要改进。

该脑机接口专为适配瘫痪患者设计，仅需短暂的被动注视、无需任何主动动作即可工作，且采用闭环运行、无需解码器重训练。被动校准与自适应控制相结合，标志着脑机接口向实际落地应用迈出重要一步。

来源：rdworldonline