神經(jīng)系統(tǒng)疾病肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS），也叫漸凍癥，這是一種漸進(jìn)且致命的神經(jīng)退行性疾病。
一般而言，漸凍癥由中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)控制骨骼肌的運動神經(jīng)元退化所致。由于上、下運動神經(jīng)元退化和死亡，肌肉逐漸衰弱、萎縮。最后，大腦完全喪失控制隨意運動的能力，最終造成發(fā)音、吞咽，以及呼吸上的障礙。
2014年在海外盛行的“冰桶挑戰(zhàn)”就意在引起人們對漸凍癥患者的注意。
但在病發(fā)的最后階段，漸凍癥人遭受的還不止生理上的痛苦，心理上的孤獨同樣無法忽視。
就在本周，研究人員表示，現(xiàn)在借助能讀取大腦信號的植入設(shè)備，一位罹患漸凍癥的男子能夠選擇字母，組成通順的句子，完成日常交流。
該項研究已經(jīng)以論文的形式發(fā)表在了Nature Communications上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28859-8
如果這種全新的拼寫系統(tǒng)對所有漸凍癥患者都是有效的話，那它將會使得成千上萬的人能重新和他們的家人及護(hù)理團(tuán)隊建立聯(lián)系，埃塞克斯大學(xué)神經(jīng)工程師Reinhold Scherer表示。
正如開頭所說，漸凍癥會破壞控制運動的神經(jīng)，因此大多數(shù)患者會在確診后5年內(nèi)死亡。
在后期，漸凍癥患者無法發(fā)出聲音說話時，他們可以使用眼動追蹤攝像頭來選擇屏幕上的字母，勉強(qiáng)實現(xiàn)交流。或者，他們也可以通過細(xì)微的眼球運動來回答簡單的是否問題。
但是，如果一個人選擇使用呼吸機(jī)來延長壽命，他們可能會花費數(shù)月或數(shù)年的時間才能聽到，但仍然無法交流。
2016年，Vansteensel團(tuán)隊報告說，患有漸凍癥的女性可以用大腦植入物拼出句子，該植入物檢測到患者試圖移動手部。但是這個人仍然對眼部和嘴部肌肉殘留著很少的控制能力，因此目前尚不清楚一個已經(jīng)失去身體所有控制的大腦是否可以持續(xù)地發(fā)出預(yù)期的運動信號，以進(jìn)行有意義的交流。
新研究的參與者是一名現(xiàn)年36歲的漸凍癥患者，他于2018年開始與蒂賓根大學(xué)的研究團(tuán)隊合作，當(dāng)時他的眼睛還能動。他告訴團(tuán)隊，他想要一種侵入性植入物來保持與家人的日常溝通。
研究人員將兩個3.2mm寬的方形電極陣列插入控制運動的大腦部分。德國非營利組織ALS Voice的生物醫(yī)學(xué)工程師和神經(jīng)技術(shù)專家Ujwal Chaudhary說，當(dāng)他們要求該男子嘗試移動手、腳、頭部和眼睛時，神經(jīng)信號并不足以回答是或否的問題。
經(jīng)過近3個月的失敗努力，該團(tuán)隊嘗試了神經(jīng)反饋，其中一個人試圖修改他們的大腦信號，同時實時對結(jié)果進(jìn)行衡量。隨著植入物附近神經(jīng)元的電放電加速，可聽見的音調(diào)變得更高，速度變慢音調(diào)也會降低。
研究人員讓該參與者使用任何可能的方法來改變音調(diào)。第1天，他可以移動音調(diào)，到第12天，他可以將它與目標(biāo)音高相匹配，“這就像耳邊的音樂”，Chaudhary回憶道。研究人員通過搜索反應(yīng)最靈敏的神經(jīng)元并確定每個神經(jīng)元如何隨著參與者的努力而發(fā)生變化來調(diào)整系統(tǒng)。
通過保持音調(diào)高低，該男子可以對一組字母表示“是”和“否”，然后是單個字母。大約3周后，該男子說出了一個直白易懂的句子：要求護(hù)理人員給他換個姿勢。
在接下來的一年里，他以每分鐘一個字左右的速度說了幾十句話：“燉牛肉湯和甜豌豆湯”，“我想聽聽Tool的專輯”，“我愛我的酷兒子”。
他向團(tuán)隊解釋說，他是通過移動眼睛來調(diào)節(jié)語氣，但并不總能成功。在整個135天的研究進(jìn)程中，他只有107天才能以80%的準(zhǔn)確率匹配一系列目標(biāo)音調(diào)，其中又只有44天，他才能說出別人可以理解的句子。
Vansteensel表示，“我們只能推測”發(fā)生的事情，參與者可能已經(jīng)睡了，或者沒心情，也許大腦信號太弱或太不穩(wěn)定，無法優(yōu)化設(shè)置計算機(jī)的解碼系統(tǒng)，這需要每天校準(zhǔn)。威斯生物和神經(jīng)工程中心的神經(jīng)科學(xué)家、共同作者Jonas Zimmermann也指出，相關(guān)的神經(jīng)元可能也在電極范圍內(nèi)進(jìn)出。
對此俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)研究腦機(jī)接口的Melanie Fried-Oken表示，該研究表明，通過調(diào)整接口以適應(yīng)不同患者的情況，可以讓他們與別人保持正常的溝通?！斑@太酷了”，但她同時指出，數(shù)百小時用于設(shè)計、測試和維護(hù)個性化系統(tǒng)，“還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個家庭可以購買的輔助技術(shù)狀態(tài)”。
Klein還表示，這也引發(fā)了倫理問題。他指出，對于普通人而言，討論臨終關(guān)懷的偏好已經(jīng)夠難的了，“你能用那種每天只能說三句話的設(shè)備進(jìn)行非常復(fù)雜的對話嗎？畢竟誰也不想曲解說話人的意思”。
Zimmermann說，研究小組規(guī)定參與者的醫(yī)療保健不應(yīng)依賴于設(shè)備，“如果拼寫輸出是‘拔掉我的呼吸機(jī)’，我們不會這么做”，這應(yīng)該讓家庭成員按照他們認(rèn)為合適的方式解釋患者的意愿。
Chaudhary的基金會正在尋求資金，以便為更多的漸凍癥患者提供類似的植入物。他估計，該系統(tǒng)在頭2年的成本接近500,000美元。與此同時，Zimmermann及其同事正在開發(fā)一種信號處理設(shè)備，該設(shè)備通過磁鐵連接到頭部，而不是通過皮膚固定，這就會有感染風(fēng)險。到目前為止，從頭骨外部讀取信號的設(shè)備還不允許拼寫。
2017年，有團(tuán)隊表示，他們可以使用一種稱為功能性近紅外光譜（fNIRS）的非侵入性技術(shù)，以70%的準(zhǔn)確率對來自完全鎖定的參與者大腦的是或否答案進(jìn)行分類。這項新研究的兩位合著者Chaudhary和蒂賓根大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Niels Birbaumer是該團(tuán)隊的成員。但其他研究人員對該研究的統(tǒng)計分析表示擔(dān)憂。2019年，有兩項調(diào)查發(fā)現(xiàn)不當(dāng)行為，兩篇論文被撤回。Chaudhary說，作者起訴以質(zhì)疑不當(dāng)行為的調(diào)查結(jié)果。對fNIRS研究持懷疑態(tài)度的Scherer表示，侵入性設(shè)備“肯定更合理”。
Zimmermann說，Wyss中心的研究人員會繼續(xù)與這位研究參與者合作，但他的拼寫能力有所下降，現(xiàn)在他主要回答的是或否的問題。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的部分原因是植入物周圍的疤痕組織掩蓋了神經(jīng)信號，除此之外，認(rèn)知因素也可能起作用，參與者的大腦在多年無法影響其環(huán)境后，可能正在失去控制設(shè)備的能力。
但Zimmermann說，只要他繼續(xù)使用該設(shè)備，研究團(tuán)隊就承諾對其進(jìn)行維護(hù)，“這是一個很大的責(zé)任，我們都很清楚這點”。
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關(guān)鍵詞： 研究人員 可以使用 運動神經(jīng)元
