神经科学的酷炫产品


NeuroTimes | Jan. 29, 2016



神经科学研究固然是为了推动科学知识的延伸,但同时也是为了惠及人类,让神经系统疾病不再成为困扰,并且让患有神经系统疾病的人得到恢复。

我总结了一下NeuroTimes这3个月来收集的一些神经科学产品(非全部),与大家分享。更多的产品可以在“product”标签下浏览。

运动类

卢克天行者的手臂
《星球大战》中,卢克天行者的手臂在电影中被他的父亲阿纳金斩断,接上了电子手臂义肢,使用起来毫无违和感,跟真的手臂一模一样。然而现实生活中,过去的义肢只能起到简单的支撑作用,很难提升截肢者的生活质量。美国国防高级研究计划局(DARPA)曾经设立了新项目,希望帮助截肢者找到更好的义肢设计方案。Segway发明者Dean Kamen的公司,在此项目下开发出了DEKA机械臂(Deka Arm System)。

DEKA机械臂通过装置中的肌电图电极,监测截肢患者截断处的骨骼肌肉,按照大脑指令收缩而产生电信号,这种假肢装置可将肌肉电信号“翻译”成多达10种的肢体动作,将这些电信号传输到假肢中的处理器,转化成可被机器执行的指令,再以运动传感器、压力传感器等设备来完成假肢的动作。通过这种动作控制,让残障人士也可以轻松地做出喝水、吃饭、拿东西等各种日常生活中的动作,比起现有的普通义肢拥有更大的操控性能,而且尺寸和重量基本上和成人的手臂一样。
美国FDA的评估结果显示,大约90%的受试者借助DEKA手臂系统可以完成他们通过此前的假肢无法完成的动作,例如使用钥匙和锁、料理食物、吃饭、使用拉链和梳头。DEKA手臂于2014年由FDA批准上市,成为第一个FDA批准的“意念控制”义肢。

LIftware为帕金森患者设计的汤勺

这个其实是几年前的老产品了,然而却匠心独运。虽然并没有用到很高深的技术,设计却很巧妙。这个勺子可以通过自身震动来抵消帕金森病所造成手部震颤,可将70%的震颤予以抵消。汤勺内应用的算法可以判断使用者的运动是有意的还是无意的,如果运动是无意的,汤勺就会反向运动以抵消使用者的震颤。

保持帕金森患者手部稳定的手套

LIftware为帕金森患者设计的汤勺,可以有效抵消无意的手部运动。这是一个聪明的发明,不过使用场景有限,那么穿衣和写字怎么办?
GyroGear公司设计了一种手套,使用了类似的原理。这种手套叫做GyroGlove,它利用陀螺仪旋转时会抗拒方向改变的特性,来帮助帕金森患者保持手部的稳定动作。手套的手背位置,装置了小型的可调陀螺仪,使用电池供电,当检测到患者手部的无意运动时,会给一个相反的推力以保持手的稳定,测试中发现可以减少多达90%的震颤。

目前的设备还是原型,虽然已经获得了不少比赛的奖金,但在上市前还需要解决陀螺仪的稳定问题,因为它是以每秒数千转的速度在运动,如何降低噪音、保持稳定性是他们需要解决的主要问题。GyroGlove手套预计将先在英国推出,售价约400-600英镑。他们还希望这个手套将来能用到更多需要手部稳定的人身上,例如摄影师、外科手术医生、运动员等。

助盲设备

BrainPort V100

这是一款由美国 Wicab公司设计生产的高科技设备,旨在利用舌头来帮助盲人出行。
带上墨镜,把传感器含在口中后,墨镜上的摄像机便会自动捕捉周围的环境生成图像(黑白灰三种色阶 ),自带的软件将这些图像转换成电信号,发送到用户口腔内的传感器。传感器上的电极收到信号后,就会刺激用户的舌头,通过舌头传递到大脑。大脑可以把这些信号当做视觉信号,定位到视觉皮层,让人能“看见”东西。和助听器的感觉有点像。据说这种刺激的强度与吃跳跳糖差不多。

虽然能“看”到的不是特别清晰,目前还是以多边形和像素为主,但对盲人的意义可能是重大的。学习起来也不困难,用户可以通过简单的学习来翻译信号,通过信号来判断周围的物体大小和形状、距离和位置、移动或静止等信息。

培训一年的74名受试者中, 69%测试成功。 虽然有部分副作用,如刺痛异味等等,但目前并没有严重副作用的报告。BrainPort V100 去年6月份获得了美国FDA的上市批准。已在德国、意大利、瑞士、英国销售,售价为1万美元。

英国“仿生眼”治疗

英国第一个接受“仿生眼”(Bionic Eye)治疗的人已经可以看见东西了。患者叫Rhian Lewis,49岁。患有视网膜色素变性,视网膜上的光感受器不能正常工作。右眼完全失明,左眼看不到东西。然而除了光感受器,她仍然具有其他完整的视觉系统,因此要恢复视力就要找到东西替代光感受器的功能。
牛津大学眼科医院进行了仿生眼手术,将德国公司Retina Implant AG制造的3x3mm的芯片插入眼球后部替代损坏的光感受器,该芯片可以捕捉进入眼睛的光,并通过视神经传递信号到大脑。芯片与耳后皮肤下的微型计算机相连,并由皮肤供电。
刚启动设备时,患者会看到光闪烁,需要几个星期的时间来让大脑适应以产生有意义的图像,据说图像充满了黑白颗粒感。植入仿生眼后Rhian Lewis成功看到了时钟上的时间。

微软Cities Unlocked项目

Cities Unlocked项目,是微软利用听觉来感知世界,使失明的人们在城市环境中更容易生活的尝试。

Cities Unlocked项目现在开发的是耳机,与蓝牙智能手机连接,利用语音提示进行导航。而且佩戴者可以通过语音命令来询问周围的详细信息,或者回放刚才听到的声音。现在正在测试的耳机用骨传导使周围环境声音无法盖过耳机声音,并具有3D环境声音(3D soundscape)的功能。Cities Unlocked项目于2011年启动,去年在英国首测,相信不久后就能推向市场。

遥控类

OpenBCI社区排名前10的项目 OpenBCI是一家开发低成本开源EEG的公司,目标是帮助对脑科学和脑机接口感兴趣的业余爱好者,以低成本的方式获取脑电信号和数据并进行研究。OpenBCI社区里有各种各样的geek利用OpenBCI装置,在家DIY自己的项目。

OpenBCI去年底评选出了自己社区中排名前10的项目:1)5个人合力用脑控制悬浮塑料鲨鱼的移动;2)Droneuro,将自己的脑电波转化为声音;3)用脑电波控制球通过迷宫;4)游戏,两个人比赛谁能对出现的视觉刺激反应的更好;5)互相利用肌电信号和经皮神经电刺激,控制对方的肌肉;6)用录音改变脑电波和意识;7)用OpenBCI + OpenViBE记录运动皮层的信号;8)为眨眼的方式设定不同的动作,从而通过眨眼来操作手机;9)改进OpenBCI的3D打印设计;10)监测睡意的头盔,刚刚获得了10万美元的投资。

只从这么简单的介绍就能看出来,这些技术不是一般的“黑”。

生物玩具:99美元的机械蟑螂

这也是个2013年的产品,并不算新。Roboroach是美国公司Backyard Brains的产品,早在2011年就在媒体上被大肆报道,因为要用到蟑螂,实验看上去很变态,很恶心。但2013年Backyard Brains在Kickstrarter上成功完成众筹,开始研发。
在Roboroach 99美元的套装里,有一个蓝牙控制芯片、电极、以及对蟑螂进行活体手术的工具。至于蟑螂,要么自己买,要么自己抓……
在购买Roboroach 套装后,先要把蟑螂泡在冰水中使其昏迷,然后利用砂纸取出蟑螂头壳上的蜡质。然后,要把电极粘贴到蟑螂上,再用一根针刺穿蟑螂的胸部,以穿入电线。之后要把蟑螂的触须切掉,并接入电极。蟑螂的背部要安装一块电路板,之后手机就能接收电路板发出的电子信号,继而透过手机上的应用程序控制蟑螂向左、右走动。
因为蟑螂是通过触角来感受世界,触角部位包含触觉和嗅觉神经元,当感受到障碍时,就会转向。而蟑螂背上的电路板,将手机发来的信号转为电脉冲,激活敏感的触觉神经元,让蟑螂产生遇到了障碍的感觉,来控制蟑螂的运动方向。

输入类

用眼神输入文字--OptiKey

很多ALS或者闭锁综合征的患者,无法运动也无法说话。要解决这个问题,未来最可能的方法是脑内植入芯片,但成本一定很高,有没有低成本、又能让患者可以交流的方法?

32岁的伦敦软件开发者朱利叶斯-斯威特兰德(Julius Sweetland)用业余时间开发的OptiKey,是一款免费的开源屏幕辅助键盘,可以针对Windows设备开发低成本目光追踪设备。 售价仅为139美元,从而代替物理键盘,并用于任何应用的内容输入。OptiKey还配备了经过优化的滑动式目光输入功能。例如,要输入“click”,需要用户选择“c”,然后分别扫一眼“l”“i”“c”和“k”即可。视频中看的很明显,眼神只需要在第一和最后一个字母上停留时间长一点,中间的字母扫过就可以。

自闭症

Google Glass

Google Glass死了么?没那么快。也许在消费性电子产品的路上走不通了,但更有价值的功能发掘才刚刚开始。

Stanford正在进行一项100个孩子的临床试验,希望通过Google Glass来帮助自闭症儿童。自闭症患者通常难以理解他人的想法,也难以判断他人的表情。Stanford 的Catalin Voss为Google Glass开发了识别人面部表情的APP,来帮助自闭症孩子识别和理解他人的表情。实际操作更像一个游戏,例如Google Glass让孩子找出人群中开心的人,当孩子看向某个笑脸的时候,就能得1分。通过这种学习,自闭症儿童有可能慢慢掌握表情的含义。

不靠谱

换脑公司 加州科技公司Humai也打算开展一种科幻小说中才有的项目:换脑。这个项目打算通过低温冷冻来保存人的大脑,并在2045年之前实现将人的大脑移植到一个人造身体里去。Humai公司的创始人Josh Bocanegra说,他的最终目标是让每个人死前都能保存大脑,实现每个人都不死的宏大愿望!Josh Bocanegra声称,这个项目7年前就开始准备了,希望30年内可以实现。其中,第一个项目叫“Project Soul”,为每个人创造一个人工复制体;第二个项目叫“Project Atom & Eve”,像造亚当和夏娃一样,为大脑造出具有完备功能的仿生身体。

可惜的是,这个公司同样没有提供任何细节。公司的网站只有一个主页,公司也没有任何科学文章发表。Josh Bocanegra也没有对外界疑问给出任何确定的回答。

阴道中为胎儿播放音乐

Babypod。产品逻辑简单粗暴地让人怀疑其真实性。不是说胎教音乐对胎儿有好处吗,隔着肚皮子宫羊水可能听不太清楚吧,那把播放器放进阴道里试试?结果就出了这么个产品。这家西班牙公司推出了Babypod这个放置在准妈妈阴道的一个内置装置,有点像卫生棉条,相当于一个音响系统,以54分贝,一个相当于轻声交谈的音量传递到子宫。

该公司的网页里说,产品是经过测试的,阴道中播放的音乐可以使胎儿嘴部和舌头产生动作,腹部放就没有反应;另外噪音对胎儿没有影响,胎儿只对音乐做出反应。不过没有见到发表的文章、实验数据,所谓临床研究得出的结论挺奇怪的,产品用起来也很奇怪,逻辑更奇怪,这要能卖出去就有鬼了。
而且,他们居然做了中文版网站,这是瞄上了中国市场啊……

 




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