在灵长类动物中证明了先进假肢的单个手指控制

一台可以安装在可植入设备上的计算机首次解释了灵长类动物精确、高速、多指运动的大脑信号。密歇根大学实现了这一关键的一步，使那些失去肢体功能的人能够更自然、实时地控制先进的义肢，甚至是他们自己的手。

生物医学工程副教授Cindy Chestek说:“这是第一次有人能够同时精确地控制多个手指。”“我们谈论的是实时机器学习，它可以驱动一个食指与中指、无名指或小指分开装在假肢上。”

从美国国防部高级研究计划署(DARPA)等政府机构，到埃隆•马斯克(Elon Musk)的Neuralink等私人企业，各种兴趣都在开发能够实时控制各种高科技设备的脑机接口。然而，这一领域的主要障碍是如何让大脑持续控制多根手指。

到目前为止，连续的单个手指控制只能通过读取肌肉活动来实现，这在肌肉瘫痪的情况下是无法使用的。以及现有的利用技术大脑信号已经允许灵长类动物或人类测试对象通过简单的动作来操纵假肢——就像指针或钳子一样。

相比之下，Chestek实验室开发的系统使灵长类动物能够在电脑屏幕上为数字“手”创造复杂的动作。这项技术有可能使各种因脊髓损伤、中风、渐冻症或其他神经系统疾病而瘫痪的用户受益。

“我们不仅首次展示了大脑控制的单个手指运动，而且使用了计算效率高的记录和机器学习方法，非常适合植入设备，”生物医学工程博士生、该杂志论文的第一作者萨姆·内森(Sam Nason)说神经元．“我们希望10年后，瘫痪患者可以利用这项技术，通过植入式脑机接口再次控制自己的手。”

系统从初级运动皮层大脑控制中心运动，通过一个植入的4mm x 4mm电极阵列。该阵列在大脑皮层中提供了100个小接触点，可能会产生100个信息通道，使研究小组能够在神经元层面捕捉信号。Chestek说，非常相似的植入物已经在人类身上使用了几十年，而且并不痛苦。

这项工作的关键是定义一个训练任务，系统地分离手指的运动，迫使它们独立运动，除非另有指示。与这些动作相对应的大脑活动，如果不把这些动作本身分离出来，就无法分离出来。

研究小组在屏幕上展示了两只身体健全的恒河猴的一只动画手，上面有两个目标，一个是食指，另一个是中指、无名指和小指。目标被涂上颜色，以指示哪个手指应该触碰每个目标，让猴子可以使用一个测量手指位置的系统自由地控制动画手。他们击中目标得到苹果汁作为奖励。

当猴子移动手指时，植入的传感器捕捉到来自大脑的信号，并将数据传输到使用机器学习来预测手指运动的计算机上。在对机器学习算法进行大约5分钟的训练后，这些预测被用来直接控制猴子大脑活动的动画手，绕过它们物理手指的任何运动。

与直接访问到运动皮层，密歇根大学的技术捕捉、解释和传递信号的速度接近实时。在某些情况下，猴子在现实世界中需要0.5秒才能完成的手部动作可以在0.7秒内通过界面重复完成。

“展示这些新功能真的很令人兴奋大脑与此同时，在新硬件上有巨大的商业投资，”内森说。“我认为这一切将比人们想象的快得多。”

该团队正在接受监管审查，以将这项研究转化为人体临床试验。这些实验最早将于明年开始。