超声波图像|陈天桥雒芊芊脑机接口中心等团队研究登顶刊：超声波“读心”( 二 )
Shapiro表示，答案是肯定的，这项技术可以产生目标区域神经信号动力学的详细图像，这是其他比如功能磁共振成像(fMRI)等非侵入性技术所无法看到的 。我们能获得接近电生理学的细节，但侵入性要小得多 。”
为验证团队的这项技术，研究人员在两只恒河猴的头骨中插入了一些小的超声波换能器，其大小和形状与多米诺骨牌差不多 。猴子被教会做一些简单的任务，包括在特定的提示下向特定的方向移动眼睛或手臂 。
当这些灵长类动物完成任务时，功能性超声波测量了后顶叶皮层(PPC)的大脑活动，PPC是大脑中参与计划运动的区域 。Andersen实验室研究PPC已经有几十年，之前实验室已经使用电生理学绘制了该区域的大脑活动图 。为验证功能性超声波的准确性，研究人员将功能性超声波的脑成像活动与先前获得的电生理学数据进行了比较 。
接下来，在加州理工学院陈天桥雒芊芊脑机接口中心的支持下，研究团队的目标是看看功能性超声波图像中依赖于活动的变化是否可以用来解码非人类灵长类动物的意图，甚至在它开始运动之前 。然后，超声波成像数据和相应的任务由机器学习算法处理，算法旨在了解大脑活动模式与哪些任务相关 。
研究显示，在几秒钟内预测出非人类灵长类动物将要进行的行为(眼球运动或伸展)、运动方向(向左或向右)，以及它们计划何时运动 。论文显示，这一新方法预测猴子眼球运动的准确率约为78%，预测伸展运动的准确率为89% 。“第一个里程碑是证明超声波可以捕捉到与计划身体运动相关的大脑信号 。”论文的共同第一作者David Maresca说，“功能性超声成像记录这些信号的灵敏度和分辨率是功能性磁共振成像的10倍，这一发现是基于功能超声的脑机接口成功的核心 。”
“目前高分辨率的脑机接口使用电极阵列，需要进行脑部手术，包括打开硬脑膜(头骨和大脑之间的强纤维膜)，并将电极直接植入大脑 。但是超声波信号可以非侵入性地穿过硬脑膜和大脑，这种手术比植入电极的侵入性要小得多 。”Andersen说 。
另外值得值得一提的是，此前有两项研究曾使用猴子大脑的功能性超声数据来重建动物所看到的东西或它们的眼球运动 。但要做到这一点，就需要对长时间周期或多次运动的信号进行平均 。在这项新研究中，研究人员收集了足够的数据，以便在每次实验中、每次猴子计划运动时做出预测 。
“这是一个重要的特征 。”莫纳什大学的神经科学家Maureen Hagan说，“例如，机械手臂的用户只需要考虑一次他们想要的运动，就可以让手臂移动 。你不希望实验对象不得不做很多尝试的动作来解读他们的意图 。”
值得一提的是，虽然目前发表的这项研究是在非人类灵长类动物身上进行的，但据加州理工学院介绍，研究团队与南加州大学神经外科医生Charles Liu合作的另一项工作正在进行中，目的就是研究这项新技术，参与的人类志愿者通常是由于脑外伤而移除了一块头骨 。
研究团队认为，因为超声波可以不受影响地通过这些“声窗”，所以研究功能性超声波如何测量和解码这些个体的大脑活动将成为可能 。
斯坦福大学神经科学家Shenoy还评价道，下一步的关键是使用计算机实时预测来引导机器人的手或光标 。他补充说，从可以解码的动作的速度和复杂性层面来说，功能性超声波“在开始接近植入技术的水平之前还有很长的路要走 。”
例如，植入电极已经可以对手臂的多个方向进行解码，而不仅仅是左右方向 。但有些病人可能更喜欢一种不用穿透大脑就能将它们连接到电脑上的假体，“患者希望可以选择 。”Shenoy说 。
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