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大多數人都會認為，運動能力和觸覺，就像是空氣和水一樣理所當然。
但對于某些人來說，并非如此。
比如說，那些因為脊髓損傷（Spinal Cord Injury，SCI）而造成身體感知運動回路損傷的不幸者。他們或者身體癱瘓，或者存在機能障礙 & 感知功能障礙——對于他們來說，運動和觸覺就像是觸不可及的天價奢侈品一樣。
還好，腦機接口技術，為他們帶來了希望。
4 月 23 日，《細胞》（Cell）雜志刊登了一篇來自美國俄亥俄州 Battelle 研究所和俄亥俄州立大學 Wexner Medical Center 的重磅研究論文，介紹了一個通過腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）系統來恢復嚴重脊髓損傷的患者手部觸覺和運動能力的案例。
論文的標題為：
Restoring the Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface
據《學術頭條》報道，這項研究的參與者是 28 歲的 Ian Burkhart。2010 年，他在一次潛水時不幸發生意外，并因臨床上完全性的 AIS-A C5 脊髓損傷（美國脊髓損傷協會減損量表，A 級）而長期癱瘓。
自 2014 年以來，Burkhart 一直與研究人員合作開展一個名為 “NeuroLife” 的項目，該項目旨在恢復他的右臂功能。
那么，這個項目所依據的原理是什么呢？
眾所周知，脊髓損傷會損害人體的感知運動電路，從而導致癱瘓、機能障礙和感知功能障礙等疾病。但是，最近的證據表明，嚴重的臨床完全脊髓損傷并不完全阻斷來自病灶下方神經支配的皮膚的上行感覺信息傳遞。
這樣就意味著，即使在脊髓損傷后數年，患者感覺不到的觸覺刺激，仍會引起大腦皮層活動的變化。而殘存的體感神經的存在，以及因此殘存的體感信息，可能會對嚴重脊髓損傷患者的功能恢復產生幫助。
正是癱瘓患者的殘余觸覺信號，才使得通過腦機接口技術恢復感知或運動功能成為可能。
在這項研究中，研究人員評估了一種假設，即通過腦機接口技術，破譯來自受損手部的殘余感覺神經活動，并將其動態轉換為用戶可以感知的閉環感覺反饋，從而潛在地增強感知功能。
同時，由于觸覺對于運動控制至關重要，因此，除了單獨恢復觸覺，腦機接口技術有望讓脊髓損傷患者僅僅通過一只手，同時恢復觸覺和運動功能。
由此，研究人員在 Burkhart 皮膚上放置了電極系統，并在他的大腦運動皮層中植入小型記錄芯片。這種芯片不僅有機會使癱瘓患者恢復正常運動，還可以恢復觸覺。研究人員表示，與偶然性相比，他們在實驗中達到了 90% 的準確率。
雷鋒網注：Ian Burkhart
在實驗中，這種裝置利用電線將運動信號從大腦直接傳遞到肌肉，從而繞開了脊髓的損傷的部分，使 Burkhart 可以充分控制自己的手臂和手，實現舉起咖啡杯、刷信用卡和玩吉他英雄（一款為吉他愛好者專門設計的音樂游戲）等動作。
針對上述成果，研究論文第一作者、Battelle 研究所首席研究科學家 Patrick Ganzer 表示：
我們正在研究知覺下的觸覺信號，并將其提升為有意識的感知。當我們這樣做的時候，我們看到了一些功能上的改進。當我們第一次恢復參與者的觸覺時，那是一個令人振奮的時刻。
總結來看，該腦機接口技術利用了肉眼難以察覺的微小神經信號，通過將殘存的、低于知覺反應范圍的觸覺信號轉換成有意識的知覺，并反饋給參與者，達到增強神經信號的目的，這一技術也極大地豐富了癱瘓患者的運動功能。
實際上，近年來的一些腦機接口研究，已經針對運動皮層單獨解碼運動的意圖。從初級運動皮層解碼的運動意圖被用于通過機器人肢體、輔助設備或參與者通過功能性電刺激（FES）自己的手來增強運動控制。
然而，盡管如今的腦機接口技術已經可以幫助患者控制機器人肢體來恢復運動功能，但是，想要利用患者自己的肢體來同時恢復觸覺和運動功能，仍是一項巨大的挑戰。
研究人員表示，這款腦機接口系統有三個重要的改進：
首先，該系統使 Burkhart 能夠僅通過觸覺就能可靠地檢測到某些東西，在將來，該系統也可能會被用來查找和撿起一個看不見的物體；
另外，該系統也是第一個能夠同時恢復運動和觸覺的腦機接口，在運動過程中體驗到增強觸摸的能力，使患者能夠擁有更好的控制感；
最后，這款改進的腦機接口系統能夠感應到在處理物體或撿拾物體時要使用多大的力，例如，在撿拾像塑料杯等這樣的易碎物體時使用較輕的握緊力，但在撿拾重物時使用更大的握緊力。
Burkhart 也表示：“該裝置最初只允許我單方向控制我的手，后來卻可以做這么多的事情，真是太不可思議了。”
不過，Ganzer 也承認，一直到現在，由于缺乏感官反饋，Burkhart 有時仍覺得自己的手很陌生。除非他密切注意自己的動作，否則，他也難以控制自己的手。由于需要高度集中的注意力，使得簡單的多任務處理（如在看電視時喝蘇打水）幾乎是不可能的。
研究人員還表示，他們的長期目標是開發一種可以在家庭中和實驗室中都能正常工作的腦機接口系統。研究人員目前正在努力制造下一代套管（Sleeve），其中包含所需的電極和傳感器，可以容易地裝上和取下。
另外，研究人員還計劃開發一種可以用平板電腦而不是電腦控制的系統，使其更小、更便攜。
值得一提的是，上述研究并不是近來科學家在腦機接口領域取得進展的孤例。
雷鋒網了解到，就在前不久，一個由加州大學舊金山分校 Edward Chang 實驗室的研究團隊打造的新型人工智能系統，可根據人腦信號來生成文本，準確率最高可達 97%。該人工智能系統使用了一種全新的方法來解碼腦皮質電圖：通過植入大腦的電極，來獲取皮質活動中所產生的電脈沖記錄。
另外，在今年 1 月份，浙江大學醫學院附屬第二醫院也通過 "腦機接口技術"，讓一位因車禍而造成第四頸髓層面損傷并四肢癱瘓的病人，獲得了用 "意念" 來控制機械臂，從而進行握手、拿飲料、吃油條等操作。
實際上，許多大學和研究機構都在推動腦機接口技術的發展。
雷鋒網此前曾報道，Facebook 的 Building 8 部門就在做類似的開發，MIT 也在開發用于人腦植入的超細電線；而硅谷 "鋼鐵俠" 馬斯克也推出了自己的腦機接口項目 Neuralink，該公司的目標是在癱瘓的人類大腦中植入設備并允許他們控制手機或者計算機。
這些都指向了一個趨勢：腦機接口技術已經成為一個大方向。
本文參考來源：
1、https://mp.weixin.qq.com/s/C6HFK788O2hKJ2BcPio85g
2、http://m.zaocj.com/news/201907/dxc3oV0p6AglGGR5.html
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