역사적 과학적 돌파구: 고급 ALS 환자는 뇌 임플란트 덕분에 의사 소통을 할 수있었습니다.

편지로 완전히 마비 된 사람은 처음으로 자신의 감정을 표현할 수 있었기 때문에 “나는 위대한 아들을 사랑합니다”라는 문구를 읽을 때 가족이 흥분했습니다.

환자는 신경계 질환 근 위축성 측삭 경화증 (ALS) 의 최종 단계를 거치며, 이는 의사 소통이 불가능한 극단적 인 고립으로 이어집니다.이 상태의 사람들은 근육을 통제하지 못하고 의사 소통이 불가능해질 수 있습니다.그러나 실험을 수행 한 연구자들에 따르면이 사람은 뇌에서 신호를 읽는 이식 된 장치 덕분에 문자를 선택하고 문장을 만들 수 있었다고합니다.

이 연구에 참여하지 않은 위트레흐트 대학 의료 센터의 뇌-컴퓨터 인터페이스 연구원 인 Mariska Vansteensel은 “사람들은 이것이 실현 가능한지 정말로 의심했다”고 말했다.네이처 커뮤니케이션 s.”새로운 철자 시스템이 완전히 차단 된 모든 사람들에게 신뢰할 수 있고 더 효율적이고 저렴하게 만들 수 있다면 가족 및 치료 팀과 다시 연결할 수 있습니다.” 라고 Essex University의 신경 엔지니어 인 Reinhold Scherer는 덧붙였습니다.

ALS는 움직임을 조절하는 신경을 파괴하며 대부분의 환자는 진단 후 5 년 이내에 사망합니다.사람이 더 이상 말을 할 수 없으면 시선 추적 카메라를 사용하여 화면에서 문자를 선택할 수 있습니다.질병의 진행 후반에 미묘한 안구 움직임으로 예 또는 아니오 질문에 대답 할 수 있습니다.그러나 사람이 자신의 삶을 연장하면 눈도 움직일 수 없기 때문에 듣고 의사 소통을하지 못하는 데 몇 달 또는 몇 년을 보낼 수 있습니다.

2016년 Vansteensel의 팀은 ALS를 가진 여성이 손을 움직이려는 시도를 감지하는 뇌 임플란트로 문장을 철자 할 수 있다고 보고했습니다.그러나이 사람은 여전히 눈과 입의 일부 근육을 최소한으로 통제했습니다.신체에 대한 모든 통제력을 상실한 뇌가 의미있는 의사 소통을 허용하기에 충분히 일관되게 의도 된 움직임을 알릴 수 있는지 여부는 확실하지 않았습니다.

혁신적인 커뮤니케이션

새로운 연구에 참여한 환자, 현재 36 세인 ALS 환자는 2018 년 튀빙겐 대학교 (독일) 의 연구팀과 함께 일하기 시작했으며, 여전히 눈을 움직일 수있었습니다.그는 어린 아들을 포함하여 가족과의 의사 소통을 유지하기 위해 침습성 임플란트를 원한다고 팀에 말했습니다.그의 아내와 여동생은 수술에 대한 서면 동의를했습니다.

“이러한 유형의 연구에 동의하면 윤리적 문제가 수반됩니다.이 사람은 안구 운동에 대한 마지막 의사 소통 후 마음을 바꾸거나 거부 할 수 없었을 것입니다.” 라고 시애틀 워싱턴 대학의 신경과 전문의이자 신경 윤리학자 인 Eran Klein 박사는 말했습니다.

연구원들은 움직임을 제어하는 뇌 부분에 3.2mm 너비의 두 세트의 정사각형 전극을 삽입했습니다.독일 비영리 단체 ALS의 생물 의학 엔지니어이자 신경 기술자 인 Ujwal Chaudhary는 “남자가 손, 발, 머리, 눈을 움직이도록 요청 받았을 때 신경 신호는 예 또는 아니오 질문에 답할만큼 일관성이 없었습니다.음성.

거의 3개월의 노력이 실패한 후, 팀은 뉴로피드백을 테스트했습니다. 뉴로피드백을 테스트하여 뇌 신호를 수정하면서 성공 여부를 실시간으로 측정합니다.임플란트 근처의 뉴런의 전기적 발사가 가속화됨에 따라 가청음이 높아졌고 속도가 느려짐에 따라 낮아졌습니다.

연구원들은 참가자에게 전략을 사용하여 그 어조를 바꾸라고 요청했습니다.첫날에는 톤을 움직일 수 있었고, 12일째에는 목표 톤에 맞출 수 있었습니다.Chaudhary는 이렇게 회상합니다. “귀에 들리는 음악과 같았습니다.연구원들은 가장 수용적인 뉴런을 찾고 참가자의 노력에 따라 각 뉴런이 어떻게 변했는지 결정하여 시스템을 조정했습니다.

피치를 높거나 낮게 유지함으로써 남자는 문자 그룹에 “예”와 “아니오”를 표시 한 다음 개별 문자에 표시 할 수 있습니다.시스템을 사용하는 약 3 주 후, 그는 간병인이 자신의 입장을 바꾸도록 요청하는 이해할 수있는 문장을 작성했습니다.이듬해 그는 분당 약 1 문자의 세심한 속도로 수십 개의 문장을 만들었습니다. “굴라시 수프와 달콤한 완두콩 수프”입니다.“Tool의 앨범을 크게 듣고 싶어요.”“내 멋진 아들을 사랑해.”

그는 결국 팀에게 눈을 움직이려고 톤을 조절했다고 설명했습니다.하지만 그는 항상 성공하지 못했습니다.이 연구에서보고 된 135 일 중 107 일에만 일련의 대상 톤을 80% 의 정확도로 일치시킬 수 있었으며, 그 107 개 중 44에서만 이해할 수있는 문장을 생성 할 수있었습니다.

요전에 무슨 일이 있었는지에 대해 “우리는 추측 만 할 수 있습니다.”참가자가 잠 들어 있거나 단순히 기분이 아닐 수 있습니다.아마도 뇌의 신호가 너무 약하거나 가변적이어서 컴퓨터의 디코딩 시스템을 최적으로 구성 할 수 없었기 때문에 매일 보정이 필요했습니다.관련 뉴런이 전극 범위에 들어갔다가 떠났을 수 있습니다.” 라고 스위스 Wyss 생명 공학 및 신경 공학 센터의 신경 과학자 인 Jonas Zimmermann은 말합니다.

그럼에도 불구하고이 연구는 자신의 능력에 맞게 인터페이스를 조정하여 자신을 잠글 때 사람과의 의사 소통을 유지할 수 있다고 오레곤 과학 보건 대학에서 뇌-컴퓨터 인터페이스를 연구하는 Melanie Fried-Oken은 말합니다.“정말 좋아요.하지만 맞춤형 시스템을 설계, 테스트 및 유지 관리하는 데 수백 시간이 소요되었다고 그는 말합니다.우리는 이것을 가족이 살 수있는 보조 기술 상태로 바꿀 곳이 없습니다.” 라고 전문가들은 설명했습니다.

“이 시위는 또한 윤리적 의문을 제기합니다.말을 할 수 있는 사람들에게는 단종 치료 선호도에 대해 논의하는 것이 매우 어렵습니다.” 라고 Klein은 말합니다.“하루에 세 문장 만 말할 수있는 이러한 장치 중 하나와 정말 복잡한 대화 중 하나를 할 수 있습니까?여기서 한 단어나 한 마디를 오해하고 싶지는 않을 것입니다.”짐머만은 연구팀이 참가자의 의료 서비스가 인터페이스에 의존해서는 안된다고 규정했다고 밝혔다.“철자의 출력이 '내 팬을 끄는'것이라면 우리는 그렇게하지 않을 것입니다.그러나 환자의 소원을 적합하다고 생각하는대로 해석하는 것은 가족 구성원의 몫입니다.” 라고 그는 설명했습니다.

Chaudhary 재단은 ALS를 가진 다른 여러 사람들에게 유사한 임플란트를 제공하기 위해 자금을 모색하고 있습니다.그는 처음 2년 동안 시스템 비용이 약 50만 달러가 될 것으로 추정합니다.한편 짐머만과 그의 동료들은 감염 위험이있는 피부를 통해 고정되는 대신 자석을 통해 머리에 부착되는 신호 처리 장치를 개발하고 있습니다.

지금까지 두개골 외부에서 신호를 읽는 장치는 철자를 허용하지 않았습니다.2017 년 한 팀은 기능적 근적외선 분광법이라는 비 침습적 기술을 사용하여 완전히 밀폐 된 참가자의 뇌에 대한 예 또는 아니오 반응을 70% 정확도로 분류 할 수 있다고 발표했습니다.FNIR).새로운 연구의 두 명의 공동 저자 인 Chaudhary와 튀빙겐 대학의 신경 과학자 닐스 비르바우머 (Niels Birbaumer) 가 그 팀의 일원이었습니다.그러나 다른 연구자들은이 연구의 통계 분석에 대해 우려를 표명했습니다.2019년에 두 번의 조사에서 위법 행위가 발견되었고 두 개의 문서가 철회되었습니다.저자는 위법 행위의 발견에 이의를 제기하기 위해 소송을 제기했습니다.FNIRS 연구에 회의적이었던 Scherer는 침습성 장치의 결과가 “확실히 강하다”고 말합니다.

Wyss Center의 연구원들은이 연구 참가자와 계속 협력하고 있지만 철자 능력이 떨어졌고 이제는 대부분 예 또는 아니오 질문에 답한다고 Zimmermann은 말합니다.

“임플란트 주변의 흉터 조직은 신경 신호를 가리기 때문에 부분적으로 책임이 있습니다.인지 요인도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 참가자의 뇌는 환경에 영향을 미치지 못한 지 몇 년 후에 장치를 제어하는 능력을 잃을 수 있습니다.그러나 연구팀은 장치를 계속 사용하는 한 장치를 유지 관리하기 위해 최선을 다하고 있습니다.” 라고 Zimmermann은 말합니다.“이 엄청난 책임이 있습니다.우리는 그 사실을 잘 알고 있습니다.” 라고 그는 결론지었습니다.

계속 읽으세요: