超声波读取猴子大脑，打开新的方式来控制机器的思考

在人类中测试的最先进的思维控制设备依赖于插入大脑的小线。现在研究人员已经为较少的侵入方式铺平了道路。他们使用超声成像来预测猴子的预期眼睛或手动运动 - 可以生成机器人手臂或计算机光标的命令。如果该方法可以得到改善，它可能会提供瘫痪的人，这些人在没有穿透大脑的设备的情况下控制虚拟体的新方法。

“这项研究将把[超声]放在地图上作为脑机接口技术，”斯坦福大学神经科学家Krishna Shenoy说，他没有参与新工作。 “将此添加到工具包是壮观的。”

医生拥有长期使用的声波，频率超出了人类听力范围，以创建我们内部的图像。一种称为换能器的设备将超声波凸形送入到主体中，弹回到不同组织和流体之间的边界。

大约十年前，研究人员发现了一种适应超声波脑成像的方法。这种方法，称为功能超声，使用宽，平面的声音平面而不是狭窄的光束，而不是传统超声波更快地捕获大面积。像功能性磁共振成像（FMRI）一样，功能超声测量血流的变化，表示神经元是活跃和消耗能量的。但它创造了比FMRI更精细的分辨率的图像，并且不需要参与者位于庞大的扫描仪中。

该技术仍需要去除一小块颅骨，但与直接读取神经元电活动的植入电极不同，它不涉及开启大脑的保护膜，Notes Neurocientist Richard Andersen（Caltech），Co - 新研究的奉献。功能超声可以从大脑深的区域读取而不穿透组织。

Caltech生化工程师Mikhail Shapiro说，仍然牺牲​​了一段距离的神经活动意味着牺牲了一些速度和精确度。与电极的读数相比，功能超声提供“较少的直接信号”，他说：“”超声图像“真正包含的信息有多少信息。”图像可以揭示神经活动，因为大脑为运动准备。但是该信号中有足够的细节来解码预期的移动吗？

要找出，研究人员将小型超声传感器，大致尺寸和形状的大小，进入两个恒河猕猴的头骨。通过电线连接到计算机瞄准声波的电线到大脑的区域，称为后部皮质皮质，这参与了规划运动。

猴子训练接受训练的眼睛在屏幕中心的小点上聚焦，而第二个点在左侧或右侧短暂闪烁。当中央点消失时，动物将目光移到第二个点最近闪过的程度。在另一套实验中，他们伸出了一个，而不是他们的眼睛朝向那个点。

然后将计算机算法转换为关于猴子的意图的猜测超声数据。该算法可以确定动物何时准备移动以及是否计划眼睛运动或手臂到达。科学家们可以预测左或右，对眼球运动的准确性大约78％和达到89％的准确性，他们今天在神经元报告。

以前的两个研究使用了猴脑上的功能超声数据来重建动物看到的东西或其眼球运动。但是在长时间或多个运动中执行该所需的平均信号。在新的研究中，研究人员收集了足够的数据来在每次实验中进行预测 - 每次猴子计划移动。

这是一个重要的特征，Manureen Hagan说，Monash University的神经科学家，他们研究了大脑如何协调运动。例如，机器人手臂的用户只想思考他们的预期运动一次，以便动手移动。 “你不希望受试者必须做很多[企图运动]来解码他们的意图。”

Shenoy说，一个关键的下一步将实时使用计算机预测来指导机器人手或光标。他补充说，功能超声“有一种方法可以开始接近植入技术[可以做]的水平，这两种速度和它可以解码的运动的复杂性。

例如，电极植入物可以在许多方向上已经在许多方向上解码预期的臂运动 - 不仅左右。但有些患者可能更喜欢将它们连接到计算机而不渗透其大脑的假体。 “这只是个人，”Shenoy说。 “患者想要选择。”

由于血流信号比电气流量更迟缓，所以速度是功能超声的固有限制，增加了Max Planck神经病学研究所的神经科学家EmilieMacé。研究人员需要大约2秒的时间来解码猴子运动计划的数据，注意Macé，他们帮助在法国生物医学研究机构 - 一个合作社新研究。但超声波仍然可以引导一个机器人手臂，她说，只要计算机可以从用户的提示迅速引导臂的精细电机运动。

Macé预计该技术的未来改进，包括通过成像3D组织而不是平面来收集更多信息。 “这项技术绝对不是全部潜力。”