跨越藩籬的溝通橋樑:從周邊神經到高解析度皮層介面的技術推進
跨越藩籬的溝通橋樑:從周邊神經到高解析度皮層介面的技術推進
蔡書維
在科技與溝通障礙的交匯處
當聲音的出口被疾病(遺傳性疾病.神經性疾病.暫時性氣切.永久性氣切)所限制,溝通的渴望便化為對科技的殷切盼望。現代輔助溝通(AAC)技術不再是單一的解決方案,而是一張由多種高精尖技術編織成的光譜,涵蓋了從身體殘餘運動的輔助到大腦皮層的直接讀取。這場科技的交響樂章,其核心在於為每一個被疾病干擾的病人,重新找到與世界溝通的線索。本文將以四個獨立的技術前沿為軸,探討它們如何共同推進溝通自由的邊界。
一、 周邊神經存取與語義的構建:Liberator 高科技溝通系統
對於保有微小運動能力的患者,如何高效且流暢地表達複雜的語義,成為溝通自由的第一道門檻。美國 Prentke Romich -Saltillo Company (PRC -Saltillo ),的製造商,其旗下的 Liberator 品牌產品,為周邊神經存取(Peripheral Neural Access)領域主流。
Liberator 設備,如 Accent、NovaChat、Chat Fusion 等一系列專有名稱的設備,在 FDA 法規下被歸類為 Powered Communication System(電動通訊系統),產品代碼 ILQ,屬於物理醫學領域的 Class II 醫療器材。這標誌著這些設備在提供語音輸出支持方面的成熟度與可靠性。它們的核心不在於訊號的捕捉,而在於語言系統與語音輸出的精密構建。設備內建的 NuVoice 軟體,透過結構化詞彙系統,將圖示或文字轉化為連貫的合成語音,實現了訊息的快速組成和傳輸。
輸入方式: Liberator 系統兼容多樣的輔助存取技術,從直接觸控到精密的眼控系統(Eye Gaze),再到單一開關控制或頭部追蹤(NuPoint),讓使用者能夠最大化利用其殘餘運動功能。它們是 AAC 溝通循環中負責「訊息組成」與「訊號輸出」的核心。其優勢在於語義的豐富度和表達的效率,為廣泛的 AAC 使用者提供了穩定而高效的發聲機會。這是一個讓意念得以迅速轉化為清晰話語的穩固橋樑。
二、 非侵入式腦機介面:g.tec BCI 腦電訊號的終極輸入
當疾病將患者完全鎖入身體的牢籠,連眼控也變得遙不可及時,對「意念」本身的直接讀取成為唯一的出路。奧地利 g.tec medical engineering GmbH 公司的 BCI 硬體,如 cortiQ PRO 系統,便是非侵入式 BCI(Non-Invasive BCI)的代表。
cortiQ PRO 系統(FDA 510(k) K191432)在 FDA 法規下被明確歸類為 Electroencephalograph(腦電圖設備),並擁有 OLU、GWL、OLT 等多個產品代碼,為 Class II 醫療器材。該系統的核心在於高精度生物訊號的採集與處理。其放大器模組,如 g.USBamp,具備領先業界的 24 位元解析度和高達 38.4 kHz 的採樣率,能夠在頭皮表面精確地捕捉極為微弱、甚至被雜訊掩蓋的大腦活動訊號(如 P300 誘發電位或 SSVEP 穩態視覺誘發電位)。g.MOBIlab+ 則提供了無線採集能力,適用於床邊或戶外臨床評估。
輸入方式: g.tec 系統的價值在於其實現了非侵入式、無肌肉參與的輸入,完全獨立於周邊神經和肌肉活動。它在溝通循環中承擔了「訊號存取/輸入」的極限任務,將使用者的意圖直接轉換為電生理訊號。對於陷入閉鎖症候群(Locked-in Syndrome)的患者而言,g.tec BCI 系統所捕捉到的腦電微光,是他們與外界建立聯繫的唯一、也是最堅韌的溝通來源。
三、 侵入式介面(皮層表層):Precision Layer 7-T 的高密度探索
在醫學工程的尖端領域,對於更高解析度神經訊號的需求,促使了侵入式介面(Invasive BCI)的發展。這些設備雖然主要用於臨床診斷與研究,但其技術突破是未來長期植入式溝通系統的關鍵技術驗證。Precision Neuroscience, Corp. 的 Layer 7-T 皮層電極正是代表性成果。
Layer 7-T(FDA 510(k) K242618)被分類為 Cortical Electrode(皮層電極),法規編號 21 CFR 882.1310,產品代碼 GYC,屬於 Class II 醫療器材。該設備的設計聚焦於皮層表面的高解析度採集,其最引人注目的技術特點在於其極致的解析度:
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超高密度陣列: Layer 7-T 採用聚酰亞胺薄膜基板,包含高密度的 1024 個電極。
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微米級間距: 電極接觸點直徑極小,電極間距僅約 400 µm,能夠以超高空間密度採集訊號。
臨床定位: 該電極僅用於臨時性(少於 30 天)地記錄、監測和刺激大腦表面的電訊號,必須透過開放性手術或顱骨鑽孔程序進行植入。儘管其主要應用在於癲癇病灶定位和腦功能映射,但其對皮層活動的高保真度捕捉,是解碼複雜語言運動或意圖的關鍵,為未來高精度、多功能 BCI 溝通界面的發展提供了極為寶貴的技術基礎。這是意念在皮層表面留下可供解讀的內容。
四、 侵入式介面(深層結構):NeuroOne Evo® sEEG 的垂直維度
除了皮層表面的高密度採集,神經科學對於大腦深層結構活動的探索也同樣重要,尤其對於複雜的神經系統疾病診斷。NeuroOne Medical Technologies Corporation 的 Evo® sEEG System 則提供了深入垂直維度的解決方案。
Evo® sEEG System(FDA 510(k) K211367)被分類為 Depth Electrode(深層電極),法規編號 21 CFR 882.1330,產品代碼 GZL,屬於 Class II 醫療器材。該設備設計用於臨時性(K211367 最初為少於 24 小時,後續許可延長)地記錄、監測和刺激大腦皮層下水平(subsurface level)的電訊號。
技術特色: sEEG 電極同樣採用了薄膜技術,使其具有柔韌性和輕薄性,能夠透過侵入性較小的程序(通常是顱骨鑽孔)進行部署,無需移除大塊顱骨。這使其在癲癇診斷中,成為一種比傳統皮層電極更具優勢的技術,因為它能夠同時探測深層和表層的電訊號。
應用維度: Evo® sEEG 系統將訊號採集的維度從大腦表層延伸至更深處,這對於研究和解碼與情感、記憶或更深層認知功能相關的神經活動至關重要。在 AAC 領域,它代表了未來 BCI 系統可能需要整合深層訊號來提高解碼準確性、實現更豐富情感表達的技術方向。這是科技探針深入意識深處所發出的迴響。
結語:溝通自由的展望
周邊存取(Liberator)、非侵入式 BCI(g.tec)和侵入式 BCI(Layer 7-T 與 Evo® sEEG)共同構築了一張完整的 AAC 溝通技術地圖。它們各自代表了不同的策略,但最終目標卻是高度一致:為人類的溝通要求提供技術支持。
| 技術類型 | 存取原理 | 應用功能核心 | FDA 分類/產品代碼 | 適用對象 |
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周邊存取 |
殘餘運動功能 |
語義組成與語音輸出(SGD) |
Class II / ILQ |
廣泛 AAC 使用者 |
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非侵入式 BCI |
頭皮 EEG 訊號 |
意念轉譯與終極輸入 |
Class II / OLU, GWL, OLT |
閉鎖症候群等極重度患者 |
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侵入式 BCI(皮層) |
植入式皮層電極 |
超高解析度訊號記錄 |
Class II / GYC |
短期高解析度皮層監測 |
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侵入式 BCI(深層) |
植入式深層電極 |
皮層下與深層訊號記錄 |
Class II / GZL |
短期高解析度深層監測 |
Liberator 系統提供了語義的穩定性;g.tec BCI 確保了意念的存取性;而 Layer 7-T 與 Evo® sEEG 則提供了訊號的精確性。未來,趨勢必然是混合式 AAC 的融合,結合 BCI 的意念輸入與 SGD 豐富的語言結構,實現無縫、高效且富有情感的交流。在科學與醫療技術的持續推進下
溝通的藩籬終將徹底瓦解,讓每一個病人的聲音,都能自由、清晰地表達給醫護人員
上述產品與作者無利益衝突。上開文章以人工智慧系統部分輔助寫作而成。
作者資訊
| 姓名 | 單位 | 職稱 | 電子信箱 | 聯絡電話 |
| 蔡書維 | 成大醫院吞嚥中心 / 成大醫工 | 副主任/ 助理教授級專家 |
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