18新利最新登入BrainPort是如何工作的

盲目的女人坐在椅子上拿着摄像机关注科学家坐在她的面前。她有一个设备在她的嘴,触碰她的舌头,电线从设备到摄像机。女人自出生起便双目失明,不知道一个橡皮球是什么样子的,但科学家是持有。当他突然卷在她的方向,她伸出一只手来阻止它。盲人妇女看到了球。通过她的舌头。

不是通过她的舌头,但她的嘴把视觉输入的设备通过她的舌头一样,看个人接受视觉输入通过的眼睛。在这两种情况下,最初的感官输入机制——舌头或眼睛视觉数据发送大脑,在数据处理和解释形成图像。这里我们讨论的是电触觉刺激感官增加或替换的研究领域,涉及使用编码电流代表感官信息——通过传统渠道的信息,一个人不能得到应用,目前的皮肤,发送信息到大脑。18luck手机登录然后大脑学会解释感官信息,就好像它是通过传统的渠道发送这些数据。18luck手机登录在1960年代和70年代,这个过程是开创性的研究的主题感觉替换Smith-Kettlewell研究所由保罗•Bach-y-Rita医学博士矫形手术和康复和生物医学工程教授威斯康辛大学麦迪逊。现在是Wicab BrainPort技术的基础(Bach-y-Rita博士也是Wicab)的首席科学家和董事会主席。

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我们大多数人都很熟悉的增加或替换一个对另一个。眼镜是感觉扩增的一个典型的例子。感官替代盲文就是一个典型的例子——在本例中,您使用某种意义上说,触摸,采取信息通常用于另一个意义上,视野。18luck手机登录电触觉刺激的高科技方法接收类似(虽然更令人惊讶)的结果,它是基于大脑可以解释感官信息即使它不是通过“自然”提供了通道。18luck手机登录Bach-y-Rita博士所说:

…我们看不到的眼睛;光学图像不超越视网膜的地方变成了时空的神经模式沿着视神经纤维(冲动)。然后大脑再现的图像分析脉冲模式。

携带感官信息到大脑的多个通道,从眼睛、耳朵和皮肤,例如,建立以类似的方式来执行类似18luck手机登录的活动。所有的感官信息发送到大脑18luck手机登录是由神经纤维的形式脉冲模式冲动,最终在大脑的不同感觉中心解释。以一种感官输入通道代替另一种,你需要正确的编码感觉的神经信号事件和寄给大脑通过备用通道。大脑似乎时灵活解释感官输入。你可以训练它读取输入,说,触觉通道,如视觉或平衡信息,并据此采取行动。18luck手机登录JS在线的设备可能是大脑的新途径,”威斯康辛大学生物医学工程师和BrainPort技术合作发明者米奇·泰勒,“这是一个伟大的神秘过程如何发生,但是大脑能做到如果你给它正确的信息。”18luck手机登录18新利最新登入

在下一节中,我们将更多地关注电触觉刺激的概念。

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电触觉刺激的概念

背后的概念在工作电触觉刺激感官替代是复杂的,和实现的机制是不。这个想法是为了沟通non-tactile通过电刺激触觉信息。18luck手机登录在实践中,这通常意味着一个电极接收数组输入从non-tactile信息源(例如照相机,)小,适用于控制,无痛的电流(一些主题报告感觉像苏打水泡沫)皮肤精确地点根据编码模式。18luck手机登录电模式本质上是试图模仿的编码输入,通常会收到由无机能的意义。这样的模式被一个相机形成一个图像,取代眼睛的感知,是转换为电脉冲,表示这些模式的光。当脉冲编码应用于皮肤,皮肤是接收图像数据。根据Kurt Kaczmarek博士BrainPort技术合作发明者和威斯康辛大学的高级科学家骨科及康复医学,接下来会发生什么,”由此所产生的电场在皮下组织兴奋传入神经纤维直接负责正常,机械触觉体验。”Those nerve fibers forward their image-encoded touch signals to the tactile-sensory area of the cerebral cortex, the顶叶

鼠标划过大脑的一部分标签看那些部分。

在正常情况下,顶叶收到联系信息,18luck手机登录

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颞叶接收听觉信息,枕叶18luck手机登录

视觉信息和小脑18luck手机登录收到余额信息。

(额叶负责各种更高的大脑功能,

和脑干连接大脑和脊髓)。

在这个系统中,阵列电极可用于无接触信息交流途径大脑通常用于touch-related冲动。18luck手机登录这是一个相当热门的研究领域,研究人员正在看无尽的方法利用大脑的明显意愿适应cross-sensory输入。科学家们正在研究如何使用电触觉刺激提供感官信息视18新利最新登入觉受损,18luck手机登录听力受损,受损的平衡和那些已经失去了皮肤的触觉在某些地区由于神经损伤。一个特别有趣的方面的研究侧重于如何量化某些感官信息的电气参数——换句话说,如何传达“触觉红”使用电力的特点。18luck手机登录18新利最新登入

这个领域的科学研究已经存在了近一个世纪,但它已经在过去的几十年里得到了飞速发展。电子设备的小型化和日益强大的计算机这种类型的系统的现实而不是一个真正令人印象深刻的实验室演示。进入BrainPort,电触觉刺激装置,利用传输non-tactile感官信息到大脑。18luck手机登录BrainPort使用舌头作为替代感官通道。在下一节中,我们会得到BrainPort内部。

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BrainPort

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BrainPort平衡装置
照片礼貌Wicab公司。

科学家们一直在研究电触觉的视觉信息自1900年代初以来,至少。18luck手机登录这些研究设置通常使用的相机设置当前水平的电极矩阵空间相机的光传感器。人接触矩阵可以直观地感知对象的形状和空间定位相机的专注。BrainPort基于这种技术可以说是更具流线型,比之前的系统控制和敏感。

首先,BrainPort使用舌头而不是指尖,腹部或背部由其他系统使用。舌头比其他皮肤区域更敏感,神经纤维更接近水面,有更多的人没有角质层死皮细胞(外层)作为绝缘体。它需要更少的电压刺激神经纤维在舌头——5到15伏特相比,40到500伏特的地区如指尖或腹部。唾液含有电解质,自由离子作为电导体,所以它有助于维持电极之间的电流流和皮肤组织。大脑皮层的面积,解释从舌头触摸数据大于区域服务其他身体部位,所以舌头输送tactile-based数据是一种天然的选择到大脑。

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Wicab正在向FDA申请平衡校正BrainPort应用程序。人的前庭系统,综合平衡机制,始于内耳,受损有很少或没有平衡感,在严重的情况下,他可能不得不控制墙沿着走廊,或者无法行走。内耳疾病包括双边前庭障碍(BVD)、听神经瘤、梅尼埃病(又名内耳眩晕病),平衡感也可以受到共同的条件如偏头痛和中风。BrainPort平衡装置与平衡问题可以帮助人们重新培训他们的大脑解释平衡信息来自他们的舌头代替内耳。18luck手机登录

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BrainPort平衡组件简化
照片礼貌Wicab公司。

一个加速度计是一个设备措施,除此之外,倾斜对拉的重力。加速度计的底部的10电极阵列的数据传送头位置通过通信线路的CPU。当头部倾斜,CPU接收到“正确”的数据和发送信号告诉电极阵列提供当前的右边佩戴者的舌头。当头部倾斜离开设备热闹的左侧的舌头。当主管级别,BrainPort发送一个脉冲的中间的舌头。与设备的多个会话后,受试者的大脑开始接在信号指示头位置——通常来自内耳平衡信息,而不只是触觉信息。18luck手机登录

Wicab与平衡装置于2005年进行了一项临床试验有28个受试者患有双边前庭障碍(BVD)。BrainPort训练后,所有的受试者恢复他们的平衡感在一段时间内,有时长达6小时后每20分钟BrainPort会话。他们可以控制自己的肢体动作和稳步走在各种环境中与正常步态和精细运动控制。他们有经验肌肉放松,情绪冷静,提高视觉和深度知觉和规范化睡眠模式。

在下一节中,我们将看看BrainPort视觉设备。

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BrainPort视觉设备

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简化原型BrainPort视觉组件
照片礼貌Wicab公司。

测试结果为BrainPort视觉设备是不鼓励,尽管Wicab尚未进行正式的临床试验的设置。据华盛顿大学眼科学系,仅在美国就有1亿人罹患视力损害。这可能是与年龄有关,包括白内障、青光眼、黄斑变性等疾病的沙眼,糖尿病艾滋病毒,或者眼睛从事故创伤的结果。BrainPort要让有视觉障碍可以提供人(人与有限形式的景象。

生产触觉视觉BrainPort使用摄像头捕捉视觉数据。光学信息——通常会击中视18luck手机登录网膜的光——相机拿起在数字形式,它使用无线电信号发送编码的CPU的0和1。每一组像素的相机的光传感器对应的电极阵列。CPU运行一个程序,把相机的电信息变成空间编码信号。18luck手机登录编码信号代表像素数据的差异等不同的脉冲特征频率,幅值和持续时间。多维图像信息的方差在脉冲电流或电压,脉冲持续时18luck手机登录间、脉冲间隔和脉冲的数量在一个破灭,其他参数。根据6430450年美国专利,授权给Wicab BrainPort应用程序:

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在某种程度上,一个训练有素的用户可能同时区分多个振幅的这些特点,脉冲宽度和频率,可能表达多维信息一样,眼睛感知颜色从独立自主的不同颜色刺激受体。18luck手机登录

电极阵列接收通过刺激电路产生的信号,并应用它的舌头。大脑最终学会解释和使用这些信息来自舌头就好像它是来自于眼睛。18luck手机登录

训练后在实验室的测试中,受试者能够感知视觉特征像迫在眉睫,深度、角度来看,大小和形状。受试者可以仍然觉得舌头上的脉冲,但他们也可以感知图像生成的脉冲通过他们的大脑。研究对象的对象视为“存在”在他们面前的,独立于自己的身体。他们可以感知和识别的字母。在一个案例中,当盲人登山者Erik Weihenmayer测试设备,他可以找到他的妻子在一个森林。在这一点上最常见的一个问题是,“他们是看到吗?”That all depends on how you define vision. If seeing means you can identify the letter "T" somewhere outside yourself, sense when that "T" is getting larger, smaller, changing orientation or moving farther away from your own body, then they're really seeing. One study that conducted宠物脑部扫描先天失明的人,他们使用BrainPort视觉设备发现与BrainPort数个疗程后,受试者的大脑的视觉中心亮起视觉信息时被送到大脑通过舌头。18luck手机登录如果“看到”意味着有活动在大脑皮层的视觉中心,然后盲人受试者真的看到。

BrainPort测试结果有些令人吃惊,让许多人怀疑应用的范围。在下一节中,我们将看到BrainPort应用Wicab目前专注于在临床试验中,它预测技术的其他应用程序和如何关闭它是商业推出黑莓版本的设备。18新利最新登入

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当前和潜在的应用

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BrainPort平衡装置
照片礼貌Wicab公司。

虽然BrainPort应用的全谱尚未意识到,该设备有可能减少一系列感官的局限性和减轻各种疾病的症状。几个现有的或可预见的医疗应用程序包括:

  • 为视觉障碍人士提供视觉的元素
  • 中风患者感觉器官提供培训
  • 提供触觉信息与神经损伤身体的一部分18luck手机登录
  • 减轻平衡问题,posture-stability问题和肌肉硬度在平衡障碍患者和帕金森病
  • 提高感觉信息的整合和解释在自闭症患者18luck手机登录

除了医学应用,Wicab一直在探索潜在军事用途的资助国防高级研究计划局(DARPA)。该公司正在调查水下可以提供的应用程序海军海豹突击队与导航信息和方向信号在黑暗,黑暗18luck手机登录的水(这种类型的设置可能最终找到一个主要的商业和娱乐市场潜水潜水者)。BrainPort电极将收到来自声纳设备不仅提供定向线索也是一种视觉障碍和地形。军事导航应用程序可以扩展到战场上的士兵广播通信是危险的或不可能的或当他们的眼睛,耳朵和手是需要管理其他东西——可能会爆炸的东西。BrainPort也可能为军事飞行员提供扩展信息,如脉冲在舌头表明接近飞18luck手机登录机或表明他们必须立即采取行动。通过训练,脉冲在舌头可以引出一个更快的反应时间比一个视觉提示从仪表盘上的光,由于视觉提示之前必须由视网膜处理转发到大脑的解释。

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其他潜在的BrainPort应用包括机器人手术。外科医生会穿电触觉手套从机器人探测器接收触觉输入某人的胸腔内。通过这种方式,外科医生可以感觉他在做什么,他控制着机器人设备。赛车手可能使用一个版本BrainPort训练他们的大脑更快的反应时间,电触觉反馈,玩家可以使用手套或控制器感觉他们在做什么游戏。游戏BrainPort还可以使用tactile-vision过程让玩家感觉到额外信息,不显示在屏幕上。18luck手机登录

BrainPort临床试验目前正在进行第二轮,靠平衡装置通过FDA审批程序。公司在2006年底,估计一个商业版本大致估计售价10000美元每单位。

已经比以前更流线型的设置使用电触觉刺激感官替代,BrainPort设想自己未来更小,更不突兀。在平衡装置的情况下,所有的电子系统的手持部分可能适合一个谨慎的喉舌。一个dental-retainer-like单元将房子电池的电极阵列和微电子所必需的信号编码和传输。BrainPort视觉设备,电子可能完全嵌入在一副眼镜和一个小摄像头和无线电发射器,和喉舌将房子无线电接收机接收编码信号的眼镜。准确的说,这不是一个系统芯片,但给它20年,我们可能会看到一个米粒大小的相机嵌入人的额头上。

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来源

  • Bach-y-Rita,保罗et al。“形式感知与电触觉刺激舌头数组:49分技术报告。”Journal of Rehabilitation Research and Development, 1998. http://kaz.med.wisc.edu/Publications/1998-BachyRita-JRRD-Tongue.pdf
  • 桑德拉-布莱克斯利合著。“新工具来帮助病人恢复受损的感觉。”New York Times, Nov. 23, 2004. http://www.goupstate.com/apps/pbcs.dll/article?AID=/20041123/ZNYT05/411230391/1051/NEWS01
  • Kaczmarek,库尔特博士。“舌头显示技术”。University of Wisconsin, Aug. 18, 2005. http://kaz.med.wisc.edu/Publicity/Synopsis.html
  • 库珀,罗恩等。“视觉皮层的激活电触觉刺激早期科目的舌头。”Human Brain Mapping 2003. http://208.164.121.55/hbm2003/abstract/abstract1557.htm
  • 曼宁,乔。“设备可能新途径到大脑。”JS Online, Dec. 7, 2004. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=282145
  • 电话采访Kurt Kaczmarek博士,资深科学家,威斯康辛大学骨科及康复医学。2006年7月7日。
  • Ptito,莫里斯等。“跨通道可塑性揭示了电触觉刺激舌头的先天失明。”Brain, 2005. http://brain.oxfordjournals.org/cgi/content/abstract/128/3/606
  • 美国专利# 6430450。“舌头把触觉输出设备”。
  • Wicab公司http://www.wicab.com/
  • “Wicab BrainPort波士顿会议。”WTN News. Oct. 4, 2005. http://wistechnology.com/printarticle.php?id=2319
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