專題副刊

腦機介面把腦活動轉為指令 助癱瘓者與外界溝通

過去,我們常從科幻電影中看到科學家利用高科技把電腦和人腦連接起來,然後讓兩者互相操控,如今,隨着科技高度發展,這項原本只出現在科幻電影中的科技已“進駐”現實世界。

腦機介面(Brain-Computer Interface)便是建立在人腦與外部裝置之間的連接通路,用於單向或雙向交換資訊。簡單而言,就是在人類大腦、機器和網絡之間建一座橋,讓大腦直接與虛擬世界溝通,而這項科技目前最常被應用在恢復受損神經的神經義肢與調節不正常活動訊息的深層腦部刺激手術中。

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科學家一直以來都在探求在人體內植入晶片的可能性,而在電腦、網絡、電訊及生物科技的高速發展下,人體植入晶片也再不是遙不可及的科技。

今年7月,神經血管生物電子醫學公司Synchorn搶先馬斯克(Elon Musk)的Neuralink,在一名美國患者體內植入他們所研發的腦機介面裝置。而馬斯克的腦機公司Neuralink則至今尚未獲得美國FDA的認證。

此外,坊間也曾傳出Neuralink要投資對手Synchron的流言。

腦機介面(brain-computer interface)是建立在人腦與外部裝置之間的連接通路,用於單向或雙向交換資訊。

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腦機介面(或稱人機介面,brain-computer interface)是建立在人腦與外部裝置之間的連接通路,用於單向或雙向交換資訊。簡單來說,就是在人類大腦、機器、網絡之間建一座橋,讓大腦直接與虛擬世界溝通。

這類技術的研究已行之有年,目前最常應用在恢復受損神經的神經義肢(neuroprosthetics)與調節不正常活動訊息的深層腦部刺激手術(deep brain stimulation)中。

近年來,另一種腦機介面的研究就是把大腦意念轉化為電腦指令,協助因病而無法移動與說話的病患操控電腦。

在運用腦機介面轉譯大腦活動的領域中,最著名的公司是馬斯克創辦的Neuralink,他們主打用植入晶片的方式將個人的大腦資料以數位形式儲存紀錄,甚至還能將思想轉譯為操作指令,藉此操控電腦裝置以執行如輸入文字等特定功能。

儘管Neuralink目前已在動物實驗上獲得成果,但尚未取得美國食品藥品監督管理局(FDA)進行人體實驗的核准,而馬斯克原本是預期在2021年達成有關實驗。反倒是Synchron率先於2021年取得美國FDA核准,可進行於人體植入永久性腦機介面裝置的臨床試驗。

這家公司成立於2012年,總部位於紐約,並在澳洲有據點,成立宗旨為開發出無須通過開顱手術即可植入人體的微型腦機介面裝置。雖然是規模較小的新創公司,但他們憑藉侵入性較低的設計脫穎而出,並獲得創投公司與美國、澳洲政府的資助。

植入Stentrode後,裝置可將大腦活動轉譯為指令,以便無法移動或溝通的病患可通過意念操控電腦來傳送訊息、傳送電子郵件及上網購物。

癱瘓者憑意念操控電腦

Synchron發明的裝置Stentrode是一根體積僅約8mm寬的導管,因此無需進行開顱手術植入,該裝置可通過微創手術經由頸部靜脈在大腦皮質植入。植入後,該裝置可將大腦活動轉譯為指令,以便無法移動或溝通的病患通過意念操控電腦,傳送訊息、傳送電子郵件或上網購物。

據了解,該公司在澳洲的首位實驗對象,已成功通過此裝置做到這點。

美國FDA於去年7月給予Stentrode系統突破性醫材設備的認可時,已表達了對該植入物的信心。

Synchron也計劃在美國進行新試驗,預計包括6名癱瘓患者將接受有關試驗。根據Synchron的說法,這是美國FDA第一個批准的永久植入性腦機介面的臨床試驗,若裝置順利成功,預計將有許多病患受惠。

腦機介面的技術經過科學家的努力研發已不再只是存在於科幻作品中的想像,未來可能有越來越多病患能因為這項技術獲得協助,以改善日常生活上的不便。

然而,意念控制會否侵害隱私等醫療倫理議題亦引起許多人的擔憂,因此在發展技術協助病患的同時又能保障病患人權,應是未來科學家要考慮的問題。

患有漸凍症的Phillip O’Keefe指學習使用Stentrode時需加以練習,就像學騎腳車一樣,但一旦學會後,使用它就變成一件自然的事情。

漸凍人成功靠念力推文

澳洲一名患有肌萎縮性脊髓側索硬化症(ALS,俗稱漸凍人症)的癱瘓男子於2020年在體內安裝腦機介面後,已成功直接通過大腦思考來發佈第一則Twitter貼文:“哈口囉世界,巨大的進步”。

美國生物技術公司Synchron稱,這是第一次有人能直接通過腦機介面在網絡上發布訊息,而這對腦機介面技術來說是一項非常具有像徵意義的環節,因它可為癱瘓患者重新打開與世界聯繫的那道門。

一般癱瘓病人難以與外界溝通,那是因為他們多不能說話,或全身動彈不得,所以也無法書寫或使用電子設備的緣故,而Synchron研發的“腦機介面”卻能讓他們重拾部分自理能力,提升生活品質。

62歲的Phillip O’Keefe因患上漸凍症而失去許多人體運動的功能,甚至造成他無法工作。

2020年4月,他接受了腦機介面的實驗,這是一項通過頸靜脈植入大腦的小型支架式電極陣列,允許患者可“通過思考移動四肢,無線控制外部設備”。

Phillip O’Keefe安裝Stentrode後說,如今,他只需想想自己希望點擊電腦畫面上的哪一個地方,他就可以通過這種方式發送電郵、使用銀行服務、上網購物,以及通過網絡發出訊息。

“學習使用Stentrode時需加以練習,就像學騎腳車一樣,但一旦學會後,使用它就變成一件自然的事情。”

馬斯克辦活動 最新腦機介面或亮相

馬斯克早前宣佈,Neuralink將於本月31日舉辦一場“show & tell”活動,預料他們屆時會示範腦機介面開發的最新成果,但內容會否像上次那樣隻玩“Pong”的猴子一樣有趣,拭目以待。

此次示範的成功與否可能會給Neuralink造成很大的影響畢竟到目前為止,他們還沒有引入基於真人的測試,FDA也沒有透露過其獲得許可還有多遠。

自該公司6年前成立以來,Neuralink不僅在腦機介面人體試驗進度方面遠遠落後於Synchron,同時也面臨創始團隊幾乎全數離開的困境。

加上《財富》雜誌(Fortune)之前關於Neuralink企業文化的負面報導,這家公司的未來還是存在相當大的不確定性。

值得一提的是,不久前坊間曾傳出Neuralink的主要投資對手Synchron的流言,即指後者近期剛剛完成美國第一例腦機介面的血管內安裝。

由此看來,Neuralink辦活動的時機不可謂不巧,或許一些跟Synchron有關的問題到時便能得到解答了。

腦機介面置入人體逾年  4受試者無恙

Synchron早前公布最新的研究結果時說,其永久性、類似於支架的腦機介面植入物系統首次人體研究在進行到該設備被置入人體一年後的階段,有關4位參與試驗的受試者都沒有發生任何導致殘疾或死亡的不良事件。

Stentrode系統是通過頸靜脈到達大腦,這個微創手術僅歷時兩小時。一旦放置到位,支架就會膨脹,並與血管壁齊平,屆時,其感測器可在那裡接收到大腦的神經訊號。

根據該公司公佈的研究結果,手術一年後,4名患者的植入物都留在原位,而且周圍的血管仍保持暢通無阻。

每分鐘可輸入14字元

隨着時間的推移,4名因肌萎縮側索硬化症(ALS)而癱瘓的受試者被置入腦機介面後至今非但沒有受到任何不良影響,反而都已在通過思想控制游標點擊方面達到90%以上的準確度,並可在沒有任何預測性文字的說明下達到每分鐘至少14個字元的輸入速度。

當Stentrode收集到大腦訊號時,它會立即將這些訊號傳輸到患者胸部附近植入的無電池BrainPort接收單元。在那裡,該裝置會再使用藍牙技術將資料無線發送到附近的移動設備或電腦上的BrainOS平臺,進而轉換為點擊和輸入功能。同時,再利用獨立的眼球追蹤閱讀器來控制游標的移動。

Synchron執行長Oxley說:“我們已證明血管內BCI方法是安全的,並允許患者在沒有執行侵入性腦部手術的情況下完成日常的線上任務。

多年的研究和技術研發在這一刻取得了重要的指標意義,隨着技術持續地開展,它將有可能改變全球數百萬患有癱瘓和其他衰弱的神經與大腦相關疾病患者的生活。”

文 \ 蔡宗桓

 

 

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