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重新恢复运动能力

对于瘫痪的人来说,脑机接口可以读取运动意图,并把它转化为动作——操控光标、机械臂,甚至是本人自己的手。这里我们平实地看看它如何运作,以及它真正走到了哪一步。

梦想:重新动起来

想象一下,你想伸手去拿一杯水,却发现什么都没有发生。对于脊髓损伤、肌萎缩侧索硬化症(ALS,俗称渐冻症)或中风后瘫痪的人来说,想要运动的意图往往完好无损——断掉的是大脑与肌肉之间的连接。念头还在;只是这个信号无法传递出去。

脑机接口试图重建这座断掉的桥。思路很直接:聆听运动皮层——也就是大脑中负责规划和发出运动指令的那一条区域——读取运动的意图,然后绕过损伤,把它传给一台能够执行动作的设备。人只需想着去动;剩下的交给技术完成。

光标与机械臂

这一领域最成熟的研究来自 BrainGate,这是一个长期运作的研究联盟,二十年来一直在研究植入人体的接口。他们的参与者——自愿加入、生活中伴随瘫痪的志愿者——在运动皮层中放置了一个微小的皮层内电极阵列,当人想象自己运动时,它会捕捉到单个神经元放电的活动。

解码器学着读懂这些放电模式,并把它们翻译成一个方向和速度。在此基础上,系统驱动屏幕上的光标控制——让人可以指向、点击和打字——或者操控一只机械臂,也就是一种能够伸出去并抓握的神经假体。参与者曾用这样的机械臂拿起物品,并在一个被广泛展示的时刻,把一杯饮料送到自己嘴边。

重新唤醒自己的肢体

操控机械臂已经很了不起,但它终究是一台外部的机器。一个更贴近本人的目标,是让人重新动起自己本人的手。脊髓损伤以下的肌肉往往仍然健康——它们只是失去了指令。功能性电刺激可以人为地补上这些指令,通过电极送出微小的电流,让相应的肌肉收缩。

把大脑里的解码器与手臂上的功能性电刺激配对起来,就能直接弥合这道断裂:人想着把手合上,解码器从运动皮层读取这个意图,而刺激器则触发本人自己的肌肉去完成它。研究团队曾用这种从大脑到肌肉的回路,让参与者张开和合拢一只瘫痪的手,并做出简单的抓握——自己的肢体,听从自己的指令而动。

它的效果到底如何?

在这里有必要说实话。这些成果确实令人印象深刻,但它们大多仍停留在实验室里。每一套系统都需要校准——一次设置环节,而且往往要重复进行,让人做出已知的动作,好让解码器学习他/她特有的脑信号。这些信号可能日复一日地漂移,因此校准很少是一劳永逸的。

运动通常比自然的肢体更慢、也更不精确,植入的硬件在长期可靠性方面仍在研究之中,而且这一切几乎都还属于研究,而不是常规的临床治疗。今天,没有人应当期望能在当地医院里装上一个恢复运动的植入物。