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　　圖1：在 2010 年遭受?chē)?yán)重脊髓損傷后，伯克哈特在他的運(yùn)動(dòng)皮層植入了微型芯片，將大腦電信號(hào)轉(zhuǎn)到電腦上控制手臂

　　4 月 29 日，據(jù)外媒報(bào)道，觸覺(jué)是我們感受外部世界不可或缺的感官，但許多人卻因脊髓損傷或因患病癱瘓而失去這種能力。不過(guò)，最近非營(yíng)利組織巴特爾研究所的研究人員宣稱(chēng)，他們首次利用腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)幫助一名美國(guó)癱瘓男子恢復(fù)了手部觸覺(jué)。

　　這名男子名叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)，他在 2010 年參加潛水活動(dòng)時(shí)發(fā)生事故，脊髓斷裂導(dǎo)致全身癱瘓。伯克哈特不僅無(wú)法走路，手臂的活動(dòng)范圍也僅限于肩膀和二頭肌，幾乎完全失去了觸覺(jué)。

　　2014 年，伯克哈特參加了巴特爾研究所的 NeuroLife 項(xiàng)目。該計(jì)劃是在伯克哈特的大腦中植入米粒大小的微型芯片，并用它來(lái)改善其手臂的運(yùn)動(dòng)范圍，并人工重建觸覺(jué)?，F(xiàn)在，在開(kāi)始這項(xiàng)研究六年后，伯克哈特已經(jīng)能夠感覺(jué)到物體，并有足夠的手臂控制力，甚至可以玩《Guitar Hero》。

　　嚴(yán)重的脊椎損傷會(huì)阻礙來(lái)自大腦的信號(hào)，這些信號(hào)要求四肢移動(dòng)并提供感覺(jué)反饋。研究人員發(fā)現(xiàn)，伯克哈特的大腦與其手臂和腿之間只有幾束脊髓纖維存活下來(lái)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的神經(jīng)學(xué)家帕特里克·甘澤(Patrick Ganzer)說(shuō)：“即使只有少部分纖維，也能在大腦中產(chǎn)生信號(hào)。只是這些信號(hào)過(guò)于微弱，患者感覺(jué)不到任何東西，手臂也無(wú)法移動(dòng)。”

　　對(duì)此，甘澤等人提出了一個(gè)有趣的假設(shè)：從大腦中提取這些微弱信號(hào)，解碼它們的意思，并將它們傳遞到四肢，就可以繞過(guò)脊椎，重新將大腦和身體連接起來(lái)。問(wèn)題在于，觸摸和運(yùn)動(dòng)的信號(hào)在大腦中顯得雜亂無(wú)章，因?yàn)槊總€(gè)動(dòng)作都對(duì)應(yīng)獨(dú)特的信號(hào)，而伯克哈特腦袋里的芯片每次可以接收大約 100 個(gè)不同的信號(hào)。

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　　圖2：當(dāng)伯克哈特想移動(dòng)右手時(shí)，它會(huì)在大腦中產(chǎn)生電信號(hào)，由計(jì)算機(jī)處理，然后發(fā)送到前臂的電極上，刺激他的肌肉，使他能夠執(zhí)行運(yùn)動(dòng)

　　為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想，甘澤等人設(shè)計(jì)了復(fù)雜的設(shè)置，將伯克哈特的大腦連接到計(jì)算機(jī)上。運(yùn)動(dòng)皮層中的芯片通過(guò)頭骨后部的端口發(fā)送電信號(hào)，然后再通過(guò)電纜傳輸?shù)礁浇碾娔X上。軟件程序會(huì)解碼大腦信號(hào)，并將它們分離為與預(yù)期運(yùn)動(dòng)和觸覺(jué)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。代表預(yù)期運(yùn)動(dòng)的信號(hào)被發(fā)送到環(huán)繞伯克哈特前臂的電極套，觸摸信號(hào)則被發(fā)送到他上臂周?chē)恼駝?dòng)帶。

　　起初，甘澤專(zhuān)注于在沒(méi)有觸覺(jué)的情況下恢復(fù)伯克哈特手臂的運(yùn)動(dòng)。短短幾個(gè)月，他的手就部分恢復(fù)了活動(dòng)。不過(guò)，沒(méi)有觸覺(jué)反饋，伯克哈特抓握東西非常吃力，握力幾乎不受控制。

　　然而，給這套系統(tǒng)增加觸覺(jué)更加困難。為了梳理出與觸摸相對(duì)應(yīng)的獨(dú)特信號(hào)，甘澤等人開(kāi)始對(duì)伯克哈特的拇指和前臂進(jìn)行有針對(duì)性的刺激。通過(guò)觀察當(dāng)壓力施加在手上的大腦信號(hào)變化情況，研究人員能夠在更強(qiáng)運(yùn)動(dòng)信號(hào)的情況下識(shí)別出微弱的觸摸信號(hào)。

　　這意味著計(jì)算機(jī)程序可以將來(lái)自伯克哈特腦機(jī)接口的信號(hào)分開(kāi)，從伯克哈特的手傳遞到大腦的微弱壓力信號(hào)可以轉(zhuǎn)化為振動(dòng)，讓他知道自己正在觸摸物體。在測(cè)試中，伯克哈特可以近乎完美地準(zhǔn)確地分辨出他何時(shí)觸摸到物體。

　　開(kāi)始的時(shí)候，觸摸帶是十分簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)振動(dòng)裝置。但甘澤等人對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，使其可以根據(jù)伯克哈特抓握物體的硬或軟來(lái)改變其振動(dòng)，這類(lèi)似于視頻游戲控制器和手機(jī)向用戶(hù)提供反饋的方式。

　　現(xiàn)在甘澤已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中展示了這項(xiàng)技術(shù)，下一步是改進(jìn)該系統(tǒng)以供日常使用。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將系統(tǒng)中使用的電子設(shè)備縮小到 VHS 磁帶大小的盒子，可以安裝在伯克哈特的輪椅上。笨重的電極系統(tǒng)也被縮減為相對(duì)容易拿起和脫下的套筒。最近，伯克哈特首次在家中使用該系統(tǒng)，通過(guò)平板電腦對(duì)其進(jìn)行控制。

　　鑒于腦機(jī)接口技術(shù)具有侵入性，必須通過(guò)手術(shù)植入，這類(lèi)系統(tǒng)在四肢癱瘓患者中廣泛使用可能還需要很長(zhǎng)時(shí)間。不需要手術(shù)的非侵入性腦機(jī)接口技術(shù)似乎更有潛力，但該研究尚處于非常早期的階段。