通过神经界面系统记录大脑运动皮层的活动信号，瘫痪患者可以发出，可实现移动电脑光标或者操作义肢完成拧瓶盖、喝咖啡等二维和三维动作。这个技术可帮助因卒中造成的瘫痪、肌萎缩侧索硬化症（ALS）以及脊髓损伤的患者。 撰稿｜常聪 一名英勇的警探在一次执行任务的过程中受伤，科研人员利用先进的科技将其受损的身体部分用高科技部件来代替，并能由人的大脑借助计算机进行灵活，于是，警探“满血复活”。这本是近期即将上映的某科幻电影中的桥段，但近期来自美国的研究却提示，这种情景并非异想天开。 用点开电邮 一名四肢瘫痪的患者在脊髓损伤3年后，大脑皮层仍然能够发出清晰的运动指令，医生通过手术为他植入了含96个微电极的感受器，通过神经界面系统解码后，大脑可以模拟鼠标点开电邮或打开电视，甚至是在谈话期间也能完成这些指令。 别怀疑，描述的场景已经真实发生。美国麻省总医院的研究者Hochberg等第一次在临床试验中验证了这个神经界面系统的效果，在动物实验中积累了一定经验后，2006年《自然》发表了这一。 研究者大胆假设，如果通过解码，能将大脑给出的指令成实际操作机器臂或假肢的命令，则可以完成更多的动作，使得瘫痪患者获得更多的自理能力。 这套神经界面系统已被命名为BrainGate，字面意义是“大脑之门”。人的神经系统可以看作一个非常精密的智能控制系统。若人要完成某一个动作，比如拿东西，大脑作为中枢神经系统的最高级中心，首先要给出相应的指令，通过神经元和突触，将这些信号通过电势电位的转移，传导到相应的效应部位，即手和手臂。手和手臂会配合完成拿东西的动作。 如果一个人疾病或事故，造成部分神经系统比如脊髓神经损伤，那么，传导大脑指令的信号通被切断，在这个情况下，信号无法传递到效应部位，则动作无法完成。 “大脑之门”通过感受器接收大脑发出的与运动有关的信号，绕过人体受损的信号传导通，通过计算机将其解码成能被终端效应器理解的控制信号，借助外部机器完成相应的动作。没错，通过芯片，被关闭的信号传输之门被重新打开。 2012年， Hochberg等再次在《自然》发表报告，使用同样的“大脑之门”，他们可以使2名长期四肢瘫痪的患者机器臂完成三维的拿和抓的动作。 通过神经界面系统记录大脑运动皮层的活动信号，瘫痪患者可以发出，可实现移动电脑光标或者操作义肢完成拧瓶盖、喝咖啡等二维和三维动作。这个技术可帮助因卒中造成的瘫痪、肌萎缩侧索硬化症（ALS）以及脊髓损伤的患者。在同期发表的评论中，专家认为这项技术是帮助部分残障人士实现与交流活动的可行策略。不过研究者表示，该技术仍然有需要改进的地方，因为目前所完成的动作速度还很慢而且不够精确，因此还需要改进解码的算法。 瘫痪患者的“奢望” 报告中的一名尝试者在5年前接受了电极感受器植入，他现在可以使用机器臂完成拿瓶子喝咖啡的动作。这些预示着，四肢瘫痪的人即便在瘫痪多年后，仍然有机会借助一个微小的植入式器和“大脑之门”，通过机器臂找回部分活动能力。 研究者们不会仅满足于通过机器臂或假肢来实现自理能力，他们的终极目的是帮助瘫痪人士实现对瘫痪部位的运动控制。于是他们大胆提出，将“大脑之门”技术与功能电刺激（FES）技术结合起来。FES技术是一项比较成熟的技术，主要用于瘫痪患者恢复手或手臂的部分功能。该技术通过在患者的患肢植入电极，通过电脑发出电信号让相应肌肉收缩，从而完成伸手拿东西等简单的动作。研究者希望，通过BrainGate系统实时解码大脑发出的活动信号，转变成控制肌肉的电信号，再通过FES技术实现肌肉活动，最终绕过受损的神经信号传导通，重建瘫痪患者的活动能力、社交能力以及基本的生活自理能力等。 近日，美国凯斯西储大学及其附属医院宣布，将开展一项临床预试验，验证BrainGate技术与FES技术联合，是否可以使瘫痪的患者重建部分运能。在试验中，研究者会通过植入感受器收集患者的大脑信号，传送给上述神经界面系统；该系统将分析收集到的大脑信号，将其解码、为控制患者肌肉活动的电信号，通过植入手臂的电极控制肌肉收缩从而完成动作。 目前该研究还处于患者招募阶段，研究将验证该技术的实用性和安全性。 在人们为已经取得的进步而欢欣鼓舞时，《自然》配发的评论提醒人们，这样的技术仍然有待完善，进入临床实际应用尚有很多问题需要解决。例如，长期的电极植入是否会增加植入位点周围瘢痕组织的形成；若要完全实现自然状态下的运动反射，还需要感受器到大脑的神经传导通畅通，即器官将信息传输回大脑的通等。 另外，该技术在研发的过程中曾因资金问题而一度停止。因此，专家推测未来其临床应用的最大阻碍有可能是经济因素。病人的需求会非常多样，如何制造出能够满足多样化的需求，同时商业上也可被接受的产品，仍是一个巨大的挑战。 伦理的和挣扎 在BrainGate系统最初发布的时候，权威《科学》在肯定其科学价值的同时也指出了神经科学发展伴随而来的社会问题。比如持续微弱电流存在于大脑可能影响注意力、学习、记忆、决策能力以及情绪，甚至可能影响视觉、反应时间甚至社会行为等。 《科学》还指出，神经科学研究一直是美方非常关注和愿意投入的领域。2011年五角大楼对神经科学的投入超过3.5亿美元。在科幻电影里，军方利用技术制造出更强大的战士，而这些超级战士终将面对自己内心人性的和挣扎。伦理学专家们呼吁，应该用相关的法律和规范来约束这类技术的应用和拓展，以其能真正用来全人类的福祉。 连接：霍金：用眼球指挥电脑 BrainGate毕竟还在试验阶段，在更好的技术被成功应用之前，瘫痪患者最好的情况，是依靠集成多种功能的电脑来实现与他人的沟通。 物理学家霍金的那部电脑让人印象深刻。霍金患有肌肉萎缩性侧索硬化症，几乎瘫痪，后来又因为实行气管造口手术而失去语言能力。 多年前，霍金的手指还能活动，他可以用手指操控电脑，后来，他的手指失去活动能力，工程师就为霍金设计了一种利用眼球运动来发出指令的计算机系统。 霍金利用眼球的上、下、左、右移动发出指令，从而控制计算机的开关、程序及进行文字处理。霍金的眼镜上安装了负责侦测肌肉活动的红外线发射器及侦测器，譬如他想打招呼，说声“你好”，他先以眼球控制红外线器，选定在屏幕上轮流出现的英文字母，当计算机出现他想要的“Ｈ”时，霍金再动眼球，这样计算机就会不断显示以“Ｈ”为字头的英文字，当“ＨＥＬＬＯ”出现时，他又动一下以选定这个字，当他造句完毕后，才把句子传至合成器发声。 关于功能性 电刺激技术 功能性电刺激（FES）原本被称为功能性电疗，在1967年正式由Moe和Post在著名期刊《柳叶刀》提出此名称，当时是用来帮助偏瘫患者步行的专利技术。目前，FES被广泛用于治疗脊髓损伤、头部外伤、卒中以及其他神经系统疾病造成的肢体瘫痪。也被称为神经肌肉电刺激（NMES）。 但应注意，在神经系统中存在电流可能会带来不良的后果，比如兴奋能力下降、细胞死亡、神经元过度兴奋等，因此，在设计FES方案时要注意安全性的问题，一般采用电荷平衡的双相脉冲电，可以电刺激的安全性，减少不良反应。脉冲宽度、单相电荷和频率是决定安全性和有效性的主要参数。 电影中的“大脑之门” 在电影电视等艺术作品中，以高度现代化的技术将机械部件甚至芯片与神经系统相连，进而制造出超级战士或超级英雄。这样的情节受到许多观众和导演、编剧的偏爱，而这些漫画或影视超级英雄在现实世界里也拥有大批“粉丝”。 《钢铁侠》（Ironman）： 军火天才Tony Stark在被某地军阀俘虏后心脏受重伤命在旦夕。为了自救以及复仇，他自制了一套动力铁甲，不仅可以使自己的心脏继续跳动，还可以完成遁地、火力、侦察、防御等任务。最终，穿着这套铁甲的他成为捍卫、的超级战士。 推荐： |