漸凍人全身癱瘓後在大腦植入晶片，偵測神經元拼寫出完整句子：「我愛我的酷兒子」

文：Yi-ching Kuai

在漸凍人症（神經系統疾病肌萎縮性脊髓側索硬化症〔Amyotrophic lateral sclerosis〕，縮寫為ALS）的最後階段，疾病可以讓人陷入極度的孤立。患者失去了對肌肉的控制，完全無法與他人交流。

但研究人員的最新報告，藉著植入大腦能讀取大腦訊號的設備，處於「完全」閉鎖狀態的人可以選擇字母形成句子。

「大家真的懷疑這是否可行，」荷蘭烏特勒支大學醫學中心（University Medical Center Utrecht）的腦機介面研究員瑪莉絲卡・范斯騰塞爾（Mariska Vansteensel）在《自然通訊》（Nature Communications）雜誌上發表道。范斯騰塞爾並沒有參與這項研究。

無法改變主意或退出，漸凍人症研究成倫理挑戰

艾塞克斯大學（University of Essex）神經工程師萊因霍爾德・舍勒（Reinhold Scherer）說，如果新的拼寫系統證明對所有完全閉鎖的人都有用，而且變得更高效、更實惠，它可能讓成千上萬的人與家人和護理團隊重拾聯繫。

漸凍人症會破壞控制運動的神經，大多數患者會在5年內死亡。患有漸凍人症的人不再能說話時，他們可以使用眼動追蹤攝影機來選擇螢幕上的字母。在後期，他們可以透過細微的眼球運動來回答是或否。但是，如果患者選擇使用呼吸機來延長壽命，他們可能會有數月或數年的時間，能聽到別人說話卻無法交流。

2016年，范斯騰塞爾的團隊報告說，一名患有漸凍人症的女性可以用大腦植入晶片拼出句子，晶片會偵測她移動手部的企圖。該患者仍然對眼睛和嘴巴的一些肌肉有少許控制。目前尚不清楚大腦對全身都失去控制時，是否可以持續地發出強度足夠允許有意義的交流訊號。

新研究的參與者是一名現年36歲的男性漸凍人症患者，他於2018年開始與圖賓根大學（University of Tübingen）研究團隊合作，當時他的眼睛仍可以移動。他告訴團隊想要一種侵入性植入晶片來試圖與家人保持溝通，包括他的小兒子。他的妻子和姐姐為手術簽署了同意書。

西雅圖華盛頓大學的神經學家和神經倫理學家伊蘭・克萊因（Eran Klein）說，同意這類研究有倫理上的挑戰，因為在他無法用眼球運動與人交流後的這段時間，他都無法改變主意或選擇退出。

研究人員將兩個3.2毫米寬的方形電極陣列，插入大腦控制運動的部分。德國非營利組織ALS Voice的生物醫學工程師和神經技術專家烏杰瓦爾・喬杜里（Ujwal Chaudhary） 說，當他們要求男子嘗試移動他的手、腳、頭部和眼睛時，神經訊號的一致性不足以回答是或否。

想聽搖滾專輯、喝甜碗豆湯、「我愛我的酷兒子」

經過近3個月失敗的努力，該團隊嘗試了神經反饋，也就是一個人試圖改變他大腦訊號，並即時獲得測量反饋他們是否成功。隨著植入晶片附近的神經元放電加速，可聽見的音調會變得更高，速度減慢則音調降低。研究人員請參與者使用任何方式來改變音調。第一天，他可以移動音調，到第12天，他可以調整音高，與目標音高匹配。

喬杜里回憶道：「那個聲音有如天籟佳音。」研究人員搜索反應最靈敏的神經元，並確定每個神經元如何隨著參與者的努力而發生變化，以此調整系統。

透過保持音調高低，男子可以對一組字母表示「是」或「否」，然後是單個字母。使用系統大約3週後，他說出了一個可以理解的句子：請護理人員幫他調整身體姿勢。

在接下來的一年裡，他以每分鐘一個字左右的速度煞費苦心拚了幾十個句子：「燉牛肉湯和甜豌豆湯」、「我想大聲聽聽工具樂隊（Tool）的專輯」。在植入晶片後的第251天，他說： 「我愛我的酷兒子」，兩天後他問兒子想不想看迪士尼的動畫《羅賓漢》。

這名男子後來向團隊解釋，他是透過移動眼睛來調整音調，但並不是每次都成功。在研究報告的135天中，只有107天他才能以80％的準確率匹配一系列目標音調，並且只有在這107天中的44天，他才能說出可理解的句子。

范斯騰塞爾說，「我們只能推測」不成功的那些日子的情況。參與者可能已經睡著了，或者只是沒有心情。也許大腦訊號太弱或太不穩定，無法以最佳方式設置電腦的解碼系統，解碼系統每天都需要校準。威斯生物和神經工程中心（Wyss Center for Bio and Neuroengineering）的神經科學家、研究共同作者喬納斯・齊默曼（Jonas Zimmermann）指出，相關的神經元可能進入或離開了電極的範圍內。

齊默曼說，威斯中心的研究人員持續與這位研究參與者合作，但他的拼寫能力已經有所下降，現在主要回答是或否的問題。他說，植入晶片周圍的疤痕組織是造成拼寫能力下降的部分原因，因為疤痕組織掩蓋了神經訊號。認知因素可能也有影響：參與者的大腦在多年無法影響其環境後，可能正在失去控制設備的能力。

但齊默曼說，只要他繼續使用設備，研究團隊就承諾會維護設備。他說：「我們有這個巨大的責任。我們非常清楚這一點。」

新聞來源

• In a first, brain implant lets man with complete paralysis spell out thoughts: ‘I love my cool son.’（Science）
• Spelling interface using intracortical signals in a completely locked-in patient enabled via auditory neurofeedback training（Nature Communications）
• ALS Patient First to Communicate With Brain Implant: 'I Love My Cool Son'（Newsweek）

【加入關鍵評論網會員】每天精彩好文直送你的信箱，每週獨享編輯精選、時事精選、藝文週報等特製電子報。還可留言與作者、記者、編輯討論文章內容。立刻點擊免費加入會員！

責任編輯：羅元祺
核稿編輯：翁世航