增强假手控制：精确的脑机接口进步
运动设计内幕
在一项针对恒河猴的研究中，德国灵长类动物中心的神经科学家研究了如何提高脑机接口的功能以及神经假体的精细运动技能。 （图片：安德烈斯·阿古德洛-托罗）德国灵长类动物中心、哥廷根莱布尼茨灵长类研究所的研究人员在一项针对恒河猴的研究中开发了一种新颖的脑机接口训练协议。该方法可以仅使用来自大脑的信号来精确控制假手。研究人员能够证明，控制大脑中不同手部姿势的神经信号对于这种控制至关重要，而不是像之前假设的那样，控制运动速度的信号。这些结果对于改善神经手假体的精细控制至关重要，这可以使瘫痪患者恢复部分或全部活动能力。
提着购物袋、将线拉入针眼——强力而精准的握力是我们日常生活的一部分。只有当我们无法再使用双手时，例如由于截瘫或 ALS 等导致进行性肌肉麻痹的疾病，我们才会意识到双手的重要性。
为了帮助患者，科学家们几十年来一直在研究神经假体。这些人造手、手臂或腿可以让残疾人恢复行动能力。受损的神经连接通过脑机接口进行桥接，脑机接口解码来自大脑的信号，将其转化为运动，从而控制假肢。然而，到目前为止，手假肢还缺乏日常生活中使用所需的精细运动技能。
“假肢的工作效果主要取决于控制它的计算机接口读取的神经数据，”德国灵长类动物中心神经生物学实验室的科学家、该研究的第一作者安德烈斯·阿古德洛-托罗说。 “之前对手臂和手部运动的研究主要集中在控制抓握运动速度的信号上。我们想找出代表手部姿势的神经信号是否更适合控制神经假体。”
在这项研究中，研究人员以恒河猴（Macaca mulatta）为对象。与人类一样，它们具有高度发达的神经和视觉系统以及明显的精细运动技能。这使得它们特别适合研究抓取运动。
为了准备主要实验，科学家们训练了两只恒河猴在屏幕上移动虚拟化身的手。在此训练阶段，猴子用自己的手执行手部动作，同时在屏幕上看到虚拟手的相应动作。猴子在执行任务时佩戴的带有磁传感器的数据手套记录了动物的手部动作。
一旦猴子学会了这项任务，他们就会接受训练，通过“想象”握力来控制下一步的虚拟手。测量了专门负责控制手部运动的皮质大脑区域中神经元群的活动。研究人员专注于代表不同手和手指姿势的信号，并在相应的协议中调整了脑机接口的算法，将神经数据转化为运动。
“与经典协议不同，我们调整了算法，这样不仅运动的目的地很重要，而且到达目的地的方式（执行路径）也很重要，”Andres Agudelo-Toro 解释道。 “这最终带来了最准确的结果。”
然后，研究人员将化身手的动作与他们之前记录的真手的数据进行比较，并能够证明这些动作的执行精度相当。
“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体特别重要，”神经生物学实验室负责人、该研究的资深作者 Hansjörg Scherberger 说。 “这些结果现在可用于改善未来脑机接口的功能，从而提高神经假体的精细运动技能。”
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