Lentis/神經假體

神經假體是一種透過建立大腦和機器之間的通訊路徑來替代受損的運動或感覺通路。當裝置將大腦連線到計算機而不是機械裝置（如假肢）時，使用術語腦機介面 (BCI)。它們通常分為兩類：運動和感覺。運動神經假體利用來自大腦的電訊號根據使用者的意圖控制裝置，而感覺神經假體將外部刺激轉換為旨在投射到大腦區域的電訊號。^[1] 這些裝置通常被植入，並設計成儘量減少侵入性，特別是在大腦或腦幹等敏感的解剖部位。神經假體可以改善殘疾人的生活質量，並且目前正在實驗中用於研究中樞神經系統 (CNS)。

歷史

神經假體研究始於 19 世紀中葉，但由於計算能力和速度的提高，最近蓬勃發展。^[2]

第一個感覺神經假體是由威廉·F·豪斯博士於 1957 年開發的人工耳蝸。^[3] 在產品開發過程中，他遇到了醫學界的強烈反對，許多人認為它不會起作用。豪斯博士繼續努力，直到他創造了一個他滿意的持久原型。該裝置於 1969 年首次植入人體，幾年後，患者寫信給豪斯博士說：“我不再生活在一個無聲的運動和無聲的臉的世界裡”。美國食品藥品監督管理局 (FDA) 於 1984 年批准了他的裝置廣泛使用，該機構的副局長說：“這是第一次有裝置可以在一定程度上替代人類感官器官”。

第一個運動神經假體是 1961 年開發的功能性電刺激 (FES) 裝置。^[2] 它旨在解決偏癱患者的足下垂，這是一種使抬起腳的前部變得困難的步態異常。這種情況通常是暫時的，但如果得不到治療，可能會變成永久性的。當時，他們的 FES 裝置是一種非常規的治療方法，使用電極刺激腓腸神經。他們設計的改進使得數千名偏癱患者能夠使用安全用於日常使用的 FES 裝置。

神經假體研究才剛剛開始加速，並且已經取得了重大進展，改善了各種殘疾人的生活質量。仍有一些問題需要解決，但隨著研究的繼續，有一天將有可能進入一個以修復技術為中心的腦外科時代。

當前研究和應用

拼寫裝置

閉鎖綜合徵 (LIS) 是一種患者完全癱瘓且無法交流但意識到周圍環境的疾病。缺乏交流會對患者的醫療保健產生負面影響，並會在受影響者及其親人之間造成巨大的痛苦。^[4] 研究人員試圖透過開發神經假體拼寫裝置來幫助 LIS 患者。

Birbaumer 等人於 1999 年開發了一種利用腦電圖 (EEG) 檢測到的慢皮質電位 (SCP) 的拼寫裝置。^[5] 慢皮質電位“是皮質電活動的變化 [並且] 可能由外部觸發或自我誘導”。^[6] 這些訊號使受試者能夠根據誘發的 SCP 訊號型別（正或負）控制游標的移動。拼寫裝置的工作原理是允許患者進行二分搜尋。患者會將字母表分成兩半，然後遞迴地指定正確的字母。整個程式會為下一個字母重新開始。這種方法本質上很慢，對於需要使用多個詞的對話來說尤其麻煩。此外，並非所有患者都能成功地自我誘發 SCP。

2012 年，Sorger 等人試圖透過利用功能性磁共振成像 (fMRI) 來改進前面提到的拼寫裝置。^[7] 該小組的拼寫裝置將參與者執行某些心理任務與特定的血氧水平依賴 (BOLD) 訊號相關聯。BOLD 訊號可用於確定參與者執行心理任務時哪個大腦區域被啟用。^[8] 該小組記錄了每個參與者在三個不同任務中的 BOLD 訊號：1）運動想象，2）心算，以及 3）內心獨白。透過使用三個任務開始延遲和三個任務持續時間，字母表的字母用三個 BOLD 訊號編碼。例如，如果患者想要選擇字母“E”，他們將在掃描開始後等待 10 秒，然後執行運動想象任務 30 秒。基於 fMRI 的拼寫裝置只需大約 10 到 50 秒即可選擇字母表中的特定字母。但是，基於 fMRI 的拼寫裝置的臨床應用受到 MRI 機器的成本和尺寸的限制。

假肢控制

人工假肢使截肢患者能夠執行曾經被認為不可能的活動，例如步行。然而，它們仍然是正常肢體的粗陋替代品，對患有癱瘓（例如四肢癱瘓）的患者沒有用處。Collinger 等人開發了一種 BCI，使四肢癱瘓患者能夠控制假肢。^[9] 該小組將兩個 96 通道微電極植入一名四肢癱瘓患者的運動皮層。這樣做是為了記錄個體的腦神經訊號並開發一個腦神經解碼器機器。腦神經解碼器旨在將患者的腦神經訊號轉換為數字訊號，用於控制人造肢體的運動。參與者能夠在三維空間中自由移動假肢並執行任務，例如協調的伸手和抓握動作。隨著持續的發展，BCI 有可能使癱瘓患者像使用有機肢體一樣自然地使用人造肢體。

神經刺激

神經假體也被用於增強人類能力。在HRL實驗室，研究人員試圖使用神經假體來增強人類智力。利用經顱直流電刺激（tDCS），他們能夠提高新手學習駕駛飛機的學習速度。^[10] 在 tDCS 中，非侵入性電極放置在受試者頭部，向特定大腦區域傳遞電流以刺激。HRL 小組使用腦電圖和功能性近紅外光譜 (fNIRS) 來記錄專家飛行員在使用飛行模擬器時的腦活動。接下來，該小組使用 tDCS 將專家飛行員的腦活動傳遞給新手，並在同一飛行模擬器上進行訓練。HRL 小組的研究結論是，tDCS 增強了新手飛行員的駕駛能力，這表明有可能使用神經刺激作為工具來增強人類學習能力。

侷限性和倫理

神經假體研究揭示了一些侷限性和倫理困境，這些問題有待科學界解答。首先，傳統研究通常依賴動物實驗來推斷人類解剖學和生理學現象。這是神經假體的一個限制，因為為了做出準確的推斷，必須有一個測試物件，其大腦的複雜程度與人類大腦相似。這帶來了一個倫理困境，因為理想的測試物件應該是人類。神經假體研究存在風險，可能涉及對敏感解剖區域進行侵入性手術，這使得對人類受試者進行測試成為一個倫理和法律上的難題。因此，缺乏足夠的測試物件往往會阻礙該領域的發展。另一個侷限性是，人類對中樞神經系統的理解有限，即使目前被認為安全的手術程式，在未來也可能產生意想不到的後果。例如，研究人員發現深部腦刺激，一種已被用於治療多種神經系統疾病的手術，在帕金森病患者中使用時會產生意想不到的人格改變。^[11] 最後，一個主要的倫理困境涉及治療與增強的相互作用。神經假體旨在取代受損的運動或感覺通路，但使用這些裝置來增強現有的、未受損的通路是否可以接受？這個問題引發了關於這些裝置的接受用途的激烈辯論。

爭議

神經假體治療通常很危險，與其他替代方法相比處於嚴重劣勢。侵入性手術存在重大風險，如出血或感染。由於對人類神經系統的理解有限，風險評估變得很困難。在不知道起作用機制的情況下刺激大腦，似乎不可避免地會導致不可預見的後果。因此，不可避免地會產生一種恐懼，即接受神經假體治療的患者將不再是“他們曾經的樣子”。

令人驚訝的是，一些受神經假體影響的社群拒絕了旨在幫助他們的治療。例如，聾人社群認為，拒絕人工耳蝸“並不是把她判處一個毫無意義的寂靜的世界，而是讓她加入了聾人社群，這個社群擁有自己豐富的歷史、語言和價值體系”。^[12] 這些人認為，他們的狀況不是殘疾，而是他們身份的一部分，將其視為疾病是一種侮辱。

大眾文化中對神經假體的描繪進一步支援了爭議。例如，流行的科幻電視劇《神秘博士》將賽博人作為其主要反覆出現的反派之一。他們是一個人類物種，他們用技術增強了自己的身體，直到他們變成了沒有感情的機器，致力於將其他人類轉化成他們的形式。流行文化中充滿了其他關於賽博格的例子，這些例子通常以負面形象呈現。研究界必須解決這些恐懼，以最大限度地減少社會焦慮。

測試物件的可獲得性

由於與神經假體治療相關的風險，尋找測試物件可能很困難。FDA 制定的規定通常被研究人員視為重大阻礙。在一個相當極端的例子中，研究人員菲爾·肯尼迪博士，因開發第一個成功用於鎖定患者的 BCI 而聞名，他決定透過在貝里斯讓一名醫生在他的大腦中植入神經植入物來繞過這些規定。不幸的是，手術並非沒有併發症，他失去說話能力長達數天。由於他的頭骨從未閉合在植入物周圍，他不得不將裝置取出，只獲得了四周的良好資料。^[13] 雖然在法律上是可以接受的，但肯尼迪博士的行為具有重大的倫理意義。研究界必須決定他們願意為開發技術走多遠。

參考文獻

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