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美國布朗大學

人體脊柱一旦受傷造成神經迴路中斷後,當大腦命令無法傳達到肌肉,就可能導致癱瘓,DARPA現在資助美國布朗大學研究團隊630萬美元,試圖開發智慧脊柱介面(Intelligent Spinal Interface),要幫助脊髓損傷的患者,恢復肢體運動與膀胱控制的能力。

共同參與計畫的還有英特爾、Micro-Leads Medical以及羅德島醫院。而智慧脊柱介面的想法,是要記錄大腦往下傳遞到脊髓損傷部位的訊號,並利用智慧脊柱介面彌補脊柱損傷造成的神經迴路空白,以驅動下方脊髓,同時從受傷脊髓下方來的訊號,也能夠往上傳遞刺激或是驅動上方的部位。

布朗工程學院的助理教授David Borton提到,脊椎病變周圍的神經迴路,通常仍然活躍有作用,透過疏通雙向的神經訊號,可以對脊髓受傷後的治療,產生重大的影響。智慧脊柱介面這項裝置,可能有助於恢復癱瘓人士四肢肌肉的控制能力,以及因為脊髓受傷而失去的知覺。目前這項計畫為探索性的研究,目的要建構工具集,包括安裝在脊髓的硬體、控制軟體,以及對脊柱功能性理解。

接下來研究人員會與羅德島醫院的神經外科人員合作,在脊髓損傷的志願者身上安裝實驗性的介面裝置29天,紀錄脊髓運動和感覺訊號,並使用人工神經網路來學習刺激受傷後的部位,學習溝通運動神經命令的方法。神經外科人員會在病人受傷部位的兩端植入電極陣列(下圖)??,形成智慧旁路,最終要讓被截斷的神經能夠恢復即時交流。英特爾提到,研究人員會使用英特爾人工智慧開源軟體nGraph,以及加速器硬體來開發解決方案。

而這個專案的關鍵便是人工智慧以及機器學習技術,才能分析從脊柱紀錄而來的複雜神經訊號,布朗大學認知科學研究團隊將會和英特爾的人工智慧團隊合作,研究團隊提到,他們要找出數學上的抽象,並與現代機器學習基礎架構整合,在理解脊髓運作方式後設計模型,以開發出高效率且通用的系統,最好是只需要少量訓練就能達到足夠的學習。

而Micro-Leads Medical則提供高解析度的脊髓刺激技術HD64,這項技術可以在不改變植入人體裝置的尺寸或是導線數量的情況下,增加治療部位的範圍以及精確度。目前這項研究將專注於步行和站立時腿部控制有關的訊號,還有膀胱控制有關的訊號,而膀胱控制是脊髓損傷患者的首要問題。整個研究會持續兩年,以證明裝置確實可以影響這些運動神經迴路。


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