18新利最新登入大脑端口的工作原理

用于感官替代的电触觉刺激背后的概念是复杂的，实施机制也同样复杂。这个想法是通过电刺激触觉来传达非触觉信息。18luck手机登录在实践中，这通常意味着一组电极接受来自非触觉信息源(例如相机)的输入，根据编码模式，在精确的位置向皮肤施加小的、可控的、无痛的电流(一些受试者报告说感觉像汽水气泡)。18luck手机登录电模式的编码本质上是试图模拟正常情况下由无功能感觉接收的输入。所以模式光被一个相机为了形成图像，取代眼睛的感知，被转换成代表这些光模式的电脉冲。当编码脉冲被应用到皮肤上时，皮肤实际上是在接收图像数据。根据BrainPort技术的联合发明人、威斯康星大学骨科和康复医学系的高级科学家Kurt Kaczmarek博士的介绍，接下来发生的事情是“在皮下组织中产生的电场直接刺激负责正常机械触觉的传入神经纤维。”这些神经纤维将它们的图像编码触摸信号转发到大脑皮层的触觉感觉区顶叶。

鼠标悬停在大脑的部分标签上，可以看到这些部分的位置。

正常情况下，顶叶接收触觉信息，18luck手机登录

颞叶接收听觉信息，枕叶接收18luck手机登录

视觉信息和小脑18luck手机登录接收平衡信息。

(额叶负责各种高级大脑功能，

脑干连接着大脑和脊髓。)

在该系统中，电极阵列可用于将非触摸信息通过通常用于与触摸相关的脉冲的大脑通路进行交流。18luck手机登录现在这是一个相当受欢迎的研究领域，研究人员正在寻找无尽的方法来利用大脑的明显意愿来适应跨感官输入。科学家们正在研究如何使用电触觉刺激为视力受损的人18新利最新登入提供感官信息18luck手机登录听力平衡感受损，以及由于神经损伤而在某些皮肤部位失去触觉的人。这项研究的一个特别吸引人的方面是，如何根据电参数量化某些感官信息——换句话说，如何利用电的特征来传达“触觉红色”。18luck手机登录18新利最新登入

这是一个已经存在了近一个世纪的科学研究领域，但在过去几十年里才开始蓬勃发展。电子产品的小型化和日益强大的计算机使这种类型的系统成为可销售的现实，而不仅仅是令人印象深刻的实验室演示。进入BrainPort，这是一种使用电触觉刺激将非触觉感官信息传输到大脑的设备。18luck手机登录BrainPort使用舌头作为替代感官通道。在下一节中，我们将进入BrainPort。

至少从20世纪初开始，科学家们就一直在研究视觉信息的电触感呈现。18luck手机登录这些研究设置通常使用相机来设置与相机光传感器在空间上对应的电极矩阵的电流水平。触摸矩阵的人可以直观地感知相机聚焦的物体的形状和空间方向。BrainPort建立在这项技术的基础上，可以说比之前的系统更精简、更可控、更敏感。

首先，BrainPort使用舌头而不是其他系统使用的指尖、腹部或背部。舌头比其他皮肤区域更敏感——神经纤维更接近表面，数量更多，而且没有角质层(死皮细胞的外层)起绝缘体的作用。刺激舌头上的神经纤维需要的电压更少——5到15伏，而刺激指尖或腹部等部位需要40到500伏。此外，唾液中含有电解质和自由离子，可以作为导电体，因此有助于维持电极和皮肤组织之间的电流流动。而大脑皮层中负责解读舌头的触摸数据的区域比服务身体其他部位的区域要大，所以舌头是向大脑传递触觉数据的自然选择。

Wicab目前正在寻求FDA的批准平衡校正BrainPort应用程序。前庭系统(始于内耳的整体平衡机制)受损的人几乎或根本没有平衡感——严重的情况下，他可能不得不抓住墙壁才能穿过走廊，或者根本无法行走。一些内耳疾病包括双侧前庭神经疾病(BVD)、听神经瘤和梅尼埃氏病，而平衡感也会受到偏头痛和中风等常见疾病的影响。BrainPort平衡设备可以帮助有平衡问题的人重新训练他们的大脑，使他们能够理解来自舌头而不是内耳的平衡信息。18luck手机登录

一个加速度计是否有一种设备可以测量倾斜与拉力的关系重力。10 × 10电极阵列底部的加速度计通过通信电路将头部位置的数据传输到CPU。当头部向右倾斜时，中央处理器接收到“正确”的数据，并发送信号告诉电极阵列为佩戴者的舌头右侧提供电流。当头部向左倾斜时，该设备会在舌头左侧嗡嗡作响。当头部水平时，BrainPort会向舌头中部发送脉冲。在多次使用该设备后，受试者的大脑开始接收指示头部位置的信号——通常来自内耳的平衡信息——而不仅仅是触觉信息。18luck手机登录

2005年，Wicab在28名双侧前庭神经紊乱(BVD)患者中进行了一项使用平衡装置的临床试验。在BrainPort训练后，所有的受试者都在一段时间内恢复了他们的平衡感，有时在每次20分钟的BrainPort训练后长达6小时。他们可以控制自己的身体运动，以正常的步态和精细运动控制在各种环境中稳定地行走。他们有经验肌肉放松，情绪平静，改善视力和深度知觉，正常化睡眠模式。

在下一节中，我们将介绍BrainPort视觉设备。

测试结果BrainPort视觉设备同样令人鼓舞，尽管Wicab尚未对该装置进行正式的临床试验。根据华盛顿大学眼科部门的数据，仅在美国就有1亿人患有视力障碍。这可能与年龄有关，包括白内障、青光眼和黄斑变性，比如沙眼，糖尿病或艾滋病毒或者是事故造成的眼部创伤。BrainPort可以为视力受损的人提供有限形式的视力。

生产触觉视觉在美国，BrainPort使用摄像头捕捉视觉数据。相机捕捉到的光学信息(通18luck手机登录常会照射到视网膜上的光)是数字形式的，它使用无线电信号将1和0发送到CPU进行编码。相机光传感器中的每一组像素都对应于阵列中的一个电极。中央处理器运行一个程序，将相机的电子信息转换为空间编码信号。18luck手机登录编码信号表示像素数据的差异，即脉冲特征的差异，如频率、幅度和持续时间。多维图像信息以脉冲电流或电压、脉冲持续时间、脉18luck手机登录冲之间的间隔和脉冲数量等参数的形式出现。根据美国专利6,430,450，授权Wicab用于BrainPort应用:

电极阵列通过刺激电路接收产生的信号，并将其应用到舌头上。大脑最终学会解释和使用来自舌头的信息，就像它来自眼睛一样。18luck手机登录

经过实验室测试训练后，盲人受试者能够感知隐约可见、深度、视角、大小和形状等视觉特征。受试者仍然能感觉到舌头上的脉冲，但他们也能感知大脑由这些脉冲产生的图像。受试者认为这些物体就在他们面前，与他们自己的身体是分开的。他们可以感知和识别字母表中的字母。在一个案例中，盲人登山者埃里克·维亨迈尔(Erik Weihenmayer)在测试该设备时，能够在森林中找到他妻子的位置。在这一点上最常见的问题之一是，“他们真的在看吗?”这完全取决于你如何定义视觉。18新利最新登入如果“看”意味着你能在你身体之外的某个地方认出字母“T”，感觉到那个“T”什么时候变大、变小、改变方向或远离你的身体，那么他们就真的在看。其中一项研究PET脑部扫描对先天失明的人在使用BrainPort视觉设备时进行的一项研究发现，在使用BrainPort几次后，当视觉信息通过舌头发送到大脑时，受试者大脑的视觉中心会被激活。18luck手机登录如果“看到”意味着大脑皮层的视觉中心有活动，那么盲人就真的看到了。

BrainPort的测试结果有些令人惊讶，并导致许多人怀疑这项技术的应用范围。在下一节中，我们将看到Wicab目前在临床试验中重点关注哪些BrainPort应用程序，它还预见了该技术的其他应用程序，以及它距离推出消费者友好型设备的商业版本还有多远。18新利最新登入

虽然BrainPort的全部应用还没有实现，但该设备有潜力减轻一系列感官限制，缓解各种疾病的症状。目前或可预见的医疗应用包括:

除了医疗应用，Wicab还在国防高级研究计划局(DARPA)的资助下探索潜在的军事用途。该公司正在研究水下应用，可以提供海军海豹突击队在黑暗、浑浊的水中提供导航信息和18luck手机登录方向信号(这种类型的设置最终可能会找到一个主要的娱乐商业市场潜水潜水者)。BrainPort电极将接收来自声纳设备的输入，不仅提供方向线索，还提供障碍物和地形的视觉感觉。军用导航应用可以扩展到战场上的士兵广播沟通是危险的或不可能的，或者当他们的眼睛、耳朵和手需要处理其他事情时——这些事情可能会爆炸。BrainPort还可以为军事飞行员提供扩展的信息，例如舌头上的脉冲，以18luck手机登录指示正在接近的飞机或指示他们必须立即采取行动。经过训练，他们舌头上的脉冲比仪表盘上的灯光的视觉线索引起的反应时间更快，因为视觉线索必须经过视网膜处理后才能转发到大脑进行解释。

其他可能的BrainPort应用包括机器人手术。外科医生将戴上电触觉手套，从病人胸腔内的机器人探针接收触觉输入。这样，外科医生就可以感觉他在控制机器人设备时所做的事情。赛车手可能会使用BrainPort的一个版本来训练他们的大脑以获得更快的反应时间，游戏玩家可能会使用电触觉反馈手套或控制器感觉他们在电子游戏里做的事。游戏BrainPort还可以使用触觉视觉过程，让玩家感知到屏幕上没有显示的额外信息。18luck手机登录

BrainPort目前正在进行第二轮临床试验，该平衡装置正在通过FDA的批准程序。该公司预计将在2006年底发布商业版本，每台电脑的售价大约为1万美元。

BrainPort已经比以往任何使用电触觉刺激进行感官替代的装置都更精简，它设想自己在未来更小，更不突突。在平衡装置的情况下，系统的手持部分的所有电子设备可能适合一个谨慎的吹口。一个类似牙齿固位器的装置可以容纳一个电池、电极阵列以及信号编码和传输所需的所有微电子器件。以BrainPort视觉设备为例，电子设备可能会完全嵌入一副眼镜中，以及一个微型摄像头和无线电发射器，并且口口将安装一个无线电接收器，以接收眼镜发出的编码信号。这还不是一个芯片上的系统，但再过20年，我们可能会看到一个米粒大小的摄像头嵌在人们的额头上。

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