這種大腦植入物,讓漸凍人也能「說話」

作者 | 發布日期 2022 年 04 月 04 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


還記得幾年在網絡上掀起過一陣熱潮的「冰桶挑戰」嗎?這項要把冰水從頭倒下並將過程傳上網的活動,意在引起人們對「漸凍人症」(ALS,即肌萎縮性脊髓側索硬化症)這一罕見疾病及患者的注意。

▲ 冰桶挑戰。(Source:Unsplash

「漸凍人症」是一種破壞性的神經退行性疾病,發病原因不明,目前也尚無根治的方法。患者會經歷由於上、下運動神經元退化導致的身體肌肉萎縮,大多患者會死於呼吸衰竭。

人們對這個疾病的了解越多,就越發現它的「殘忍」,雖然發病的順序和程度因人而異,但患者最終可能喪失發起和控制一切自主運動的能力,比如不能移動自己的四肢,也會喪失說話和吞嚥食物的能力。

然而,患者的感覺神經和自主神經系統一般不受影響。也就意味著,大多數 ALS 患者的大腦完全喪失控制隨意運動的能力,但聽覺、視覺等依舊正常,可以一直保持清晰的思維、保留發病前的記憶、人格和智力,就像靈活的思維被「禁錮」被「定格」的身體裡。

▲ 史蒂芬·霍金。(Source:Flickr/elhombredenegro CC BY 2.0)

大多數情況下,當患者無法再說話時,可能會藉助輔助和增強通訊設備與他人交流。比如 21 歲時就患上「漸凍人症」的史蒂芬·霍金,在喪失語言能力後,藉助特別定制的電腦和軟體「打字」和「說話」,在輪椅上創作出了著名的《時間簡史》,還在電視劇《宅男行不行》中「客串演出」。

霍金能維持交流能力,是依靠眼球運動、臉部肌肉運動等配合電腦和軟體實現的。而歐洲一個科學研究團隊發表在《Nature Communications》(《自然》雜誌子刊:自然─通訊)的一篇文章中顯示,一位 ALS 患者,依靠一種「大腦植入物」,透過聽覺神經反饋,「恢復」了交流的能力。

這名德國患者在 2015 年 8 月被診斷出患有 ALS 後病程很快,年底就失去了說話和走路的能力。

起初,這名患者可以使用眼動追蹤設備,透過眼球運動將選擇單詞和句子組合在一起,進行表達交流。但到了 2017 年 8 月,他失去了固定視線的能力,於是又一次失去了交流的能力。

面對已經進入完全閉鎖狀態(CLIS)的患者,神經外科醫生 Jens Lehmberg 博士在他的大腦中參與控制運動的區域,植入了兩個微型電極陣列,每個陣列上有 64 個針狀電極。外部有固定在連接器上的放大器,可以將患者發出的訊息數位化並發送到電腦。

(Source:Wyss Center,下同)

剛開始,醫生嘗試讓這名患者繼續像以前一樣藉助眼球運動,以及想像移動自己的手臂等身體部位,看是否會產生清晰的大腦訊號,但收效甚微。

在兩個多月後,研究人員改變了策略,開始嘗試利用聽覺神經反饋。在目標音頻率反饋試驗中,患者透過指導學習控制大腦神經放電率,想辦法將反饋音調的頻率和目標音調相匹配,幾天內,他就學會了控制音調的頻率。

透過控制音調頻率高低,該男子從可以表示「是」和「否」,到可以一次選擇一個字母來組成單詞和短語來表達自己的需求,之後的表達慢慢變得越來越長、也越來越完整。

在植入電極後的第 107 天,患者分 3 次拼寫了短語來感謝研究團隊;第 161 天表達了自己的需求──不穿襯衫,只穿襪子……之後開始了與妻子和孩子頻繁的互動,比如會問孩子「你願意和我一起在亞馬遜上看迪士尼的女巫嗎」、「你想和我一起看迪士尼的羅賓漢嗎」……

這個研究團隊採用的策略,其實就是一種人機介面技術,將人的大腦訊號轉化為命令。毫無疑問,他們的研究讓處於完全閉鎖狀態(CLIS)的 ALS 患者也能擁有表達和溝通的能力,對於患者及其家人來說,這自然是件好事。

不過,研究人員也表示,技術對於患者和家屬來說過於複雜和昂貴,而且從植入物首次進入患者大腦以來已經過去了 3 年。從那以後,他的回答變得非常緩慢、不那麼可靠,而且常常無法辨別。還要考慮植入物可能造成的感染。

研究團隊中的 Zimmermann 博士表示,在瑞士的 Wyss 中心,他們正在開發一種名為可完全植入的無線設備「ABILITY」,可以在患者想像說話時直接從大腦中進行語音解碼,進而實現更自然的交流,計劃在不久後進行臨床試驗。

雖然這些方法目前還有很多需要完善的地方,但讓 ALS 的患者有了希望:雖然身體被「定格」,但自己的想法不會被「困住」。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:Wyss Center