完爆马斯克！双向脑机接口刺激瘫痪人士大脑唤起触觉 真正实现意念控制假肢

对大多数身体健全的人来说，独立能完成简单的日常任务是理所当然的，比如拿起一杯热乎乎的咖啡时，能感觉到咖啡的重量和温度，并据此调整自己的握法，这样咖啡液就不会洒出来了。对手臂和手有完整感觉和运动控制的人，在触摸或抓住一个物体的瞬间，就能感觉到自己与它接触了，这让他们能够自信地开始移动或举起它。

但当一个人操作义肢时，这些任务就变得更加困难，更不用说用意念控制的义肢了。

发表在《科学》杂志上的一篇论文中，来自匹兹堡大学康复神经工程实验室的一组生物工程师描述了如何通过增加大脑刺激来唤起触觉，从而使操作者更容易操纵大脑控制的机械臂。在实验中，用人工触觉来补充视觉将抓取和转移物体的时间缩短了一半，从平均20.9秒缩短到10.2秒。

“从某种意义上说，这是我们希望发生的——但可能不会达到我们观察到的程度。”物理医学和康复系副教授、资深合著者詹妮弗·科林格博士说，“来自四肢和手部的感官反馈对我们日常生活中的正常行为非常重要，如果没有这种反馈，人们的表现就会大打折扣。”

参与者内森·科普兰是世界上第一个被植入微电极阵列，不仅在大脑运动皮层，而且在他躯体感觉皮质——大脑的一个区域过程从身体感官信息。阵列不仅可以让他用意念控制机械臂，还可以接收触觉反馈，这类似于一个人的脊髓完好时神经回路的运作方式。

“我已经非常熟悉刺激产生的感觉和在没有刺激的情况下完成任务。尽管这种感觉不是‘自然的’——感觉像是压力和轻微的刺痛感——但这从未困扰过我。”科普兰说，“没有什么时候我觉得刺激是我必须去适应的。在接受刺激的同时完成任务就像PB&J一样。”

在一场车祸导致手臂使用受限后，科普兰参加了一项临床试验，测试感觉运动微电极脑-机接口(BCI)，并植入了由贝莱德微系统公司(Blackrock Microsystems)开发的四个微电极阵列(通常也被称为犹他阵列)。 

这篇论文比之前的一项研究向前迈进了一步。之前的一项研究首次描述了使用微小的电脉冲刺激大脑的感觉区域，可以在一个人的手的不同部位产生感觉，即使他们因为脊髓损伤而失去了四肢的感觉。在这项新研究中，研究人员将从大脑读取信息来控制机械臂的运动与将信息写回去提供感官反馈结合起来，这是一个双向过程。

在一系列测试中，BCI操作员被要求从桌子上拿起并转移各种物体到一个凸起的平台上，通过电刺激提供触觉反馈，使参与者完成任务的速度比没有刺激的测试快两倍。

在这篇新论文中，研究人员想要在尽可能接近真实世界的条件下测试感官反馈的效果。

“我们不想通过移除感知的视觉成分来限制任务。” 匹茨堡大学物理医学和康复学系副教授、共同高级作者罗伯特·冈特博士说，“即使是恢复有限和不完美的感觉，人们的表现也会显著提高。要让这种感觉更加真实，并将这项技术带到人们的家中，我们还有很长的路要走，但我们离再现大脑的正常输入越近，情况就会越好。”

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://science.sciencemag.org/content/372/6544/831