脑移植让瘫痪病人可以交流

2020 年，图宾根大学和日内瓦 Wyss 生物工程和神经科学中心的生物医学工程师 Ujwal Choudhury 敬畏地看着他的计算机，这是他多年来发现的一项实验。 一名 34 岁的瘫痪男子仰卧在实验室中，他的头通过电缆与计算机相连。 用德语字母发音的合成音：“E, A, D …”

该患者几年前被诊断出患有肌萎缩侧索硬化症，这导致参与运动的脑细胞进行性退化。 男人连眼球都失去了转动的能力，完全无法交流； 从医学上讲，他完全被禁闭了。

或者看起来是这样。 通过 Chowdhury 博士的实验，这个人学会了选择——不是直接用眼睛，而是通过想象他的眼睛在移动——计算机大声说出的连续流中的单个字母。 从字面上看，他每分钟左右写一封辛苦的信，创造单词和句子。

“Wegen essen da wird ich erst mal des curry mit kartoffeln haben und dann bologna und dann gefuellte und dann kartoffeln suppe，”他曾写道：“对于食物，我想先吃土豆咖喱，然后再吃肉酱和土豆汤。”

乔杜里博士和他的同事们都惊呆了。 “我无法相信这是可能的，”Chaudhry 博士回忆说，他现在是 ALS Voice gGmbH 的董事总经理，该公司是一家不再与患者合作的德国神经生物技术公司。

学习， 周二发布 图宾根大学研究负责人、前神经科学家尼尔斯·比尔鲍默 (Niels Bierbaumer) 告诉《自然通讯》，它提供了第一个完全封闭状态的患者与外界长期接触的例子。

Chowdhury 博士和 Bierbaumer 博士在 2017 和 2019 被完全监禁并报告说他们能够交流的患者。 两项研究随后均被撤回 调查 德国研究基金会的结论是，研究人员只记录了部分患者的视频检查，没有充分展示他们的分析细节，并提供了虚假数据。 德国研究基金会发现 Bierbaumer 博士犯有科学不端行为，并对其实施了一些最严厉的处罚，包括五年禁止提交提案和担任该基金会的审查员。

该机构发现，Choudary 博士也犯了科学不端行为，并处以同样的处罚，为期三年。 他和比尔鲍默博士被要求撤回他们的论文，但他们拒绝了。

这项调查是在举报人研究员马丁·斯佩勒在 2018 年对这两位科学家提出担忧之后进行的。

Bierbaumer 博士坚持这一结论，并对这家德国研究机构采取了法律行动。 德国智库发言人马尔科·维内蒂表示，诉讼结果预计将在未来两周内公布。 博士说。 乔杜里说，他的律师希望赢得此案。

韦内蒂先生说，德国研究机构不知道当前研究的发表，并将在未来几个月内对其进行调查。 在一封电子邮件中，一位要求匿名的 Nature Communications 代表拒绝就该研究的审查细节发表评论，但表示对该过程充满信心。 “我们制定了严格的政策来保护我们发表的研究的完整性，包括确保研究按照高道德标准进行并透明地报告，”该代表说。

“我会说这是一项强有力的研究，”德国弗莱堡大学的脑机接口研究员 Natalie Marachas-Kersting 说。 她没有参与这项研究，并且知道以前撤回的论文。

但加州大学圣地亚哥分校的研究员布伦丹·艾利森表示保留。 “这项工作，就像 Berbaumer 的其他工作一样，考虑到它的历史，必须用大量的盐来完成，”艾利森博士说。 论文中指出 2017年出版他的团队描述了用基本的“是”或“否”答案与完全监禁的患者交流的能力。

这些结果为处于类似反应迟钝的情况下的患者带来了潜在的希望，包括最小意识和昏迷状态，以及越来越多的人 他被诊断出患有肌萎缩侧索硬化症 每年在世界各地。 预计到 2040 年，这一数字将达到 300,000 人。

“游戏改变了游戏规则，”比利时列日大学昏迷科学小组的神经学家和研究员斯蒂芬洛里斯说，他没有参与这项研究。 这项技术可能会在讨论封闭或植物人患者的安乐死时产生伦理影响，他补充说，“很高兴看到这一进展，并让患者在自己的决定中发表意见”。

已经使用了无数种方法与无反应患者进行交流。 其中一些包括家庭亲属设计的基本笔和纸技术。 在其他情况下，护理人员会指出或谈论物品的名称，并寻找微妙的反应——病人的眨眼和手指轻弹。

近年来，一种新方法占据了中心位置：脑机接口技术，旨在将人的大脑信号转化为命令。 研究机构、私营公司和像埃隆马斯克这样的亿万富翁都在技术上进行了大量投资。

结果喜忧参半，但令人信服：患者只用自己的想法移动假肢，而中风、多发性硬化症和其他疾病的患者与亲人重新联系。

但到目前为止，科学家们还未能做到的是与新研究中的人这样的人进行广泛交流，他根本没有表现出任何运动。

2017年，在完全隐居之前，患者曾通过眼球运动与家人交流。 预计他很快就会失去这种能力，家人订购了一个替代通信系统，并联系了附近工作的乔达里博士和脑机接口技术先驱比尔鲍默博士。

经该男子同意，该研究的作者、神经外科医生 Jens Lehmberg 博士在该男子大脑中参与控制运动的区域植入了两个微型电极。 然后，在两个月的时间里，该男子被要求想象移动他的手、手臂和舌头，看看它们是否会产生清晰的大脑信号。 但这种努力没有产生任何可靠的结果。

然后，Bierbaumer 博士建议使用听觉神经反馈，这是一种不寻常的技术，可以训练患者操纵自己的大脑活动。 第一次给一个人一张纸条——高或低，对应的是或否。 这是他的“目标语气”——他必须匹配的音符。

然后播放第二个音调，识别植入电极检测到的大脑活动。 通过集中注意力——并想象移动他的眼睛，有效地引导他的大脑活动向上或向下——他能够改变第二个音调的音调以匹配第一个音调。 当他这样做时，他得到了关于音调如何变化的实时反馈，这让他可以在他想说“是”时调高音量，或者在“否”时降低音量。

这种方法立竿见影。 在尝试这个家伙的第一天，他能够改变第二个语气。 十二天后，他成功地将第二个与第一个匹配起来。

“那时一切都变得一致了，它可以重现这些模式，”威斯中心的神经科学家、该研究的作者乔纳斯·齐默尔曼 (Jonas Zimmermann) 说。 当患者被问及他想象什么会改变他的大脑活动时，他回答说，“眼球运动”。

在接下来的一年里，该男子应用这项技能来生成单词和句子。 科学家们借用了患者在眼睛还能动时与家人一起使用的一种沟通策略。

他们将字母分成五种颜色的组。 首先插入一个颜色编码的声音，然后该人回答“是”或“否”，具体取决于他想识别的字母是否在该组中。 然后声音插入每个字母，它以类似的方式选择。 一个字母一个字母地重复这些组识别步骤，拼出整个句子。

在拼写努力的第二天，他写道：“首先，我要感谢 Nils 和他的妻子。”

他的一些句子包括指示：“按摩母亲的头部”和“每个人都应该经常在我的眼睛上使用凝胶。” 其他人描述了这种渴望：“炖牛肉和甜豌豆汤。”

在该男子拼写的 107 天中，有 44 天的结果是可以理解的句子。 虽然速度变化很大，但他以每分钟一个字符的速度写字。

“哇，这让我大吃一惊，”Mracacz-Kersting 博士说。 据推测，能够保持精神兴奋的被监禁患者可以活得更久、更健康。

然而，Maracaz Kersting 博士强调，该研究基于一名患者，需要在许多其他患者身上进行测试。

其他研究人员也对采用这些发现表示谨慎。

“这种方法是实验性的，所以我们仍然需要学习很多东西，”ALS 首席任务官 Neil Thakur 说。

在这一点上，该技术对于患者和家属来说也太复杂了，无法进行手术。 Chaudhary 博士表示，使其更加用户友好并加快连接速度至关重要。 他说，在那之前，患者的亲属可能会感到满意。

“你有两个选择：每分钟一个字符不联系或交流，”他说。 “你选择什么？”

也许最大的担忧是时间。 自植入物首次插入患者大脑以来已经过去了三年。 从那以后，他的回答明显变得更慢、更不可靠，而且常常无法辨别，Zimmerman 博士说，他现在在 Wyss 中心照顾病人。

这种下降的原因尚不清楚，但 Dr. Zimmermann 认为这可能是由技术问题引起的。 例如，电极的预期寿命即将结束。 但是，现在更换它是不明智的。 “这是一个危险的过程，”他说。 “突然间，你在医院里接触到了新型细菌。”

Wyss 中心的 Zimmermann 博士和其他人正在开发 无线电极 使用最安全。 该团队还在探索其他已证明卓有成效的非手术技术 在以往的研究中 对于没有被监禁的病人。 “尽管我们想帮助人们，但我认为创造虚假希望也是非常危险的，”齐默尔曼博士说。

与此同时，Coma Science 小组的 Loris 博士表示，当可行的创新出现在地平线上时，宣传一种“虚假的绝望”感是没有价值的。

“作为一名护理人员和一名医生，我感到非常兴奋，”他说。 “我认为将这些新的科学思想和技术引入非常脆弱和戏剧性的环境是很棒的。”