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重新恢復運動能力

對於癱瘓的人來說,腦機介面可以讀取運動意圖,並把它轉化為動作——操控游標、機械臂,甚至是本人自己的手。這裡我們平實地看看它如何運作,以及它真正走到了哪一步。

夢想:重新動起來

想像一下,你想伸手去拿一杯水,卻發現什麼都沒有發生。對於脊髓損傷、肌萎縮性脊髓側索硬化症(ALS,俗稱漸凍症)或中風後癱瘓的人來說,想要運動的意圖往往完好無損——斷掉的是大腦與肌肉之間的連接。念頭還在;只是這個訊號無法傳遞出去。

腦機介面試圖重建這座斷掉的橋。思路很直接:聆聽運動皮質——也就是大腦中負責規劃並發出運動指令的那一條區域——讀取運動的意圖,然後繞過損傷,把它傳給一台能夠執行動作的設備。人只需想著去動;剩下的交給技術完成。

游標與機械臂

這一領域最成熟的研究來自 BrainGate,這是一個長期運作的研究聯盟,二十年來一直在研究植入人體的介面。他們的參與者——自願加入、生活中伴隨癱瘓的志願者——在運動皮質中放置了一個微小的皮質內電極陣列,當人想像自己運動時,它會捕捉到單個神經元放電的活動。

解碼器學著讀懂這些放電模式,並把它們翻譯成一個方向和速度。在此基礎上,系統驅動螢幕上的游標控制——讓人可以指向、點擊和打字——或者操控一隻機械臂,也就是一種能夠伸出去並抓握的神經義肢。參與者曾用這樣的機械臂拿起物品,並在一個被廣泛展示的時刻,把一杯飲料送到自己嘴邊。

重新喚醒自己的肢體

操控機械臂已經很了不起,但它終究是一台外部的機器。一個更貼近本人的目標,是讓人重新動起自己本人的手。脊髓損傷以下的肌肉往往仍然健康——它們只是失去了指令。功能性電刺激可以人為地補上這些指令,透過電極送出微小的電流,讓相應的肌肉收縮。

把大腦裡的解碼器與手臂上的功能性電刺激配對起來,就能直接彌合這道斷裂:人想著把手合上,解碼器從運動皮質讀取這個意圖,而刺激器則觸發本人自己的肌肉去完成它。研究團隊曾用這種從大腦到肌肉的迴路,讓參與者張開和合攏一隻癱瘓的手,並做出簡單的抓握——自己的肢體,聽從自己的指令而動。

它的效果到底如何?

在這裡有必要說實話。這些成果確實令人印象深刻,但它們大多仍停留在實驗室裡。每一套系統都需要校準——一次設置環節,而且往往要重複進行,讓人做出已知的動作,好讓解碼器學習他/她特有的腦訊號。這些訊號可能日復一日地漂移,因此校準很少是一勞永逸的。

運動通常比自然的肢體更慢、也更不精確,植入的硬體在長期可靠性方面仍在研究之中,而且這一切幾乎都還屬於研究,而不是常規的臨床治療。今天,沒有人應當期望能在當地醫院裡裝上一個恢復運動的植入物。