機(jī)器學(xué)習(xí)助力神經(jīng)科學(xué)，讓癱瘓人士重拾活動能力

癱瘓影響許多人的生活，原因與大腦和肌肉之間信號通路受阻有關(guān)。過去幾年中，我們已經(jīng)看過癱瘓病人在體外骨骼的輔助下開始行動。這種方法是將已有的神經(jīng)活動轉(zhuǎn)化為例如機(jī)器手臂之類輔助設(shè)備的控制信號，以此控制輔助設(shè)備活動。這類系統(tǒng)也被用于非人類靈長類動物癱瘓肌肉的激活活動中。

2010年6月13日，大學(xué)新生Ian Burkhart和朋友在海里玩時，跳入了錯誤浪頭，被浪摔打到淺沙堤，折斷了第五頸椎，立刻癱瘓。他無法感覺到自己的胳膊或腿。情況穩(wěn)定后，Burhart和家人回到了位于俄亥俄州哥倫布的家中，并在俄亥俄大學(xué)開始了自己的康復(fù)治療。Burkhart后來獲悉，一支本地團(tuán)隊正在為損傷的脊髓開發(fā)一種神經(jīng)技術(shù)旁路，團(tuán)隊由工程師Chad Bouton和神經(jīng)外科醫(yī)生Ali Rezai領(lǐng)導(dǎo)。他們的神經(jīng)假肢技術(shù)會直接將大腦與胳膊肌肉連接起來，讓癱瘓人士重新控制自己的肢體。他們需要被試，于是，Burkhart成了完美人選。

2014年4月， Rezai 和Feinstein Institute 的Chad Bouton 以及同事們將豌豆大小的一排微電極陣列（100個）植入Burk大腦負(fù)責(zé)運動控制的運動皮層。另外，團(tuán)隊也研發(fā)出帶有電極的袖套，電極會刺激控制特定手與指頭運動的肌肉，讓手部活動起來，比如，捏或者抓。

接入了神經(jīng)旁路后，Burkhart 開始訓(xùn)練計劃，學(xué)習(xí)用自己的思維控制電極袖套。首先，他需要觀察屏幕上虛擬示范：握緊手然后打開，然后在大腦里想象這個動作。這一腦部活動記錄會被輸入電腦，電腦用算法將這些信號翻譯出來后再傳輸出去，以此控制電極袖套。Bouton的團(tuán)隊使用了機(jī)器學(xué)習(xí)算法解碼預(yù)示每一個舉動的大腦活動。以預(yù)設(shè)的順序讓電極袖套重新激起相應(yīng)的手部活動�！肝覀冞\用了機(jī)器學(xué)習(xí)算法解碼神經(jīng)元活動，通過一個定制的高分辨率的神經(jīng)肌肉電刺激系統(tǒng)，來控制激活受試的前肢肌肉活動�！沽�月，Burkhart可以活動起自己的前肢和手腕。接下來的幾個月，他學(xué)會了動手指。

Burkhart的訓(xùn)練頻率是每天4個小時，一周2-3次，訓(xùn)練還需持續(xù)幾年�，F(xiàn)在，他可以打開并合攏手，拿起瓶子并將里面的東西導(dǎo)入杯子，用棒子攪動杯子里的東西。