Decoding motor plans using a closed-loop ultrasonic brain-machine interface.
Decoding motor plans using a closed-loop ultrasonic brain-machine interface.
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DOI：
10.1038/s41593-023-01500-7
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发表时间：
2024-01
影响因子：
25
通讯作者：
Andersen, Richard A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Griggs, Whitney S.;Norman, Sumner L.;Deffieux, Thomas;Segura, Florian;Osmanski, Bruno-Felix;Chau, Geeling;Christopoulos, Vasileios;Liu, Charles;Tanter, Mickael;Shapiro, Mikhail G.;Andersen, Richard A.
脑机接口（BMI）使患有慢性瘫痪的人能够控制计算机，机器人和更多的东西。现有的BMI在侵入性、性能、空间覆盖范围和时空分辨率之间进行权衡。功能超声（fUS）神经成像是一种新兴技术，可平衡这些属性，并可补充现有的BMI记录技术。在这项研究中，我们使用fUS来演示闭环超声BMI的成功实施。我们从两只恒河猴的后顶叶皮层流式传输fUS数据，同时它们进行眼睛和手的运动。经过训练后，猴子使用BMI控制多达八个运动方向。我们还开发了一种使用以前会议的数据预训练BMI的方法。这使得可以在随后的几天（即使是相隔几个月的时间）立即进行控制，而无需进行大量的重新校准。这些发现确立了超声BMI的可行性，为一类新的微创（硬膜外）接口铺平了道路，这些接口可以在较长的时间内推广，并有望恢复神经损伤患者的功能。Griggs，Norman等人在恒河猴中展示了一种基于闭环超声的脑机接口（BMI）。超声波BMI能够控制八个独立的运动方向，并且在几个月内保持稳定，无需重新训练。
Brain–machine interfaces (BMIs) enable people living with chronic paralysis to control computers, robots and more with nothing but thought. Existing BMIs have trade-offs across invasiveness, performance, spatial coverage and spatiotemporal resolution. Functional ultrasound (fUS) neuroimaging is an emerging technology that balances these attributes and may complement existing BMI recording technologies. In this study, we use fUS to demonstrate a successful implementation of a closed-loop ultrasonic BMI. We streamed fUS data from the posterior parietal cortex of two rhesus macaque monkeys while they performed eye and hand movements. After training, the monkeys controlled up to eight movement directions using the BMI. We also developed a method for pretraining the BMI using data from previous sessions. This enabled immediate control on subsequent days, even those that occurred months apart, without requiring extensive recalibration. These findings establish the feasibility of ultrasonic BMIs, paving the way for a new class of less-invasive (epidural) interfaces that generalize across extended time periods and promise to restore function to people with neurological impairments. Griggs, Norman et al. demonstrate a closed-loop ultrasound-based brain–machine interface (BMI) in rhesus macaques. The ultrasound BMI is capable of controlling eight independent movement directions and is stable across months without retraining.
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