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觸覺是我們感受外部世界不可或缺的感官，但許多人卻因脊髓損傷或因患病癱瘓而失去這種能力。不過，最近非營利組織巴特爾研究所的研究人員宣稱，他們首次利用腦機接口（BCI）技術幫助一名美國癱瘓男子恢複了手部觸覺。
這名男子名叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)，他在2010年參加潛水活動時發生事故，脊髓斷裂導緻全身癱瘓。伯克哈特不僅無法走路，手臂的活動範圍也僅限于肩膀和二頭肌，幾乎完全失去了觸覺。
2014年，伯克哈特參加了巴特爾研究所的NeuroLife項目。該計劃是在伯克哈特的大腦中植入米粒大小的微型晶片，并用它來改善其手臂的運動範圍，并人工重建觸覺。現在，在開始這項研究六年後，伯克哈特已經能夠感覺到物體，并有足夠的手臂控制力，甚至可以玩《Guitar Hero》。
1.将大腦與身體重新連接配接
嚴重的脊椎損傷會阻礙來自大腦的信号，這些信号要求四肢移動并提供感覺回報。研究人員發現，伯克哈特的大腦與其手臂和腿之間隻有幾束脊髓纖維存活下來。上司這項研究的神經學家帕特裡克·甘澤(Patrick Ganzer)說：“即使隻有少部分纖維，也能在大腦中産生信号。隻是這些信号過于微弱，患者感覺不到任何東西，手臂也無法移動。”
對此，甘澤等人提出了一個有趣的假設：從大腦中提取這些微弱信号，解碼它們的意思，并将它們傳遞到四肢，就可以繞過脊椎，重新将大腦和身體連接配接起來。問題在于，觸摸和運動的信号在大腦中顯得雜亂無章，因為每個動作都對應獨特的信号，而伯克哈特腦袋裡的晶片每次可以接收大約100個不同的信号。
為了實作上述設想，甘澤等人設計了複雜的設定，将伯克哈特的大腦連接配接到計算機上。運動皮層中的晶片通過頭骨後部的端口發送電信号，然後再通過電纜傳輸到附近的電腦上。軟體程式會解碼大腦信号，并将它們分離為與預期運動和觸覺相對應的信号。代表預期運動的信号被發送到環繞伯克哈特前臂的電極套，而代表觸摸信号則被發送到他上臂周圍的振動帶。
2.恢複觸覺困難重重
起初，甘澤專注于在沒有觸覺的情況下恢複伯克哈特手臂的運動。短短幾個月，他的手就部分恢複了活動。不過，沒有觸覺回報，伯克哈特抓握東西非常吃力，握力幾乎不受控制。
然而，給這套系統增加觸覺更加困難。為了梳理出與觸摸相對應的獨特信号，甘澤等人開始對伯克哈特的拇指和前臂進行有針對性的刺激。通過觀察當壓力施加在手上的大腦信号變化情況，研究人員能夠在更強運動信号的情況下識别出微弱的觸摸信号。
這意味着計算機程式可以将來自伯克哈特腦機接口的信号分開，從伯克哈特的手傳遞到大腦的微弱壓力信号可以轉化為振動，讓他知道自己正在觸摸物體。在測試中，伯克哈特可以近乎完美地準确地分辨出他何時觸摸到物體。
開始的時候，觸摸帶是十分簡單的開關振動裝置。但甘澤等人對其進行了改進，使其可以根據伯克哈特抓握物體的硬或軟來改變其振動，這類似于視訊遊戲控制器和手機向使用者提供回報的方式。現在甘澤已經在實驗室中展示了這項技術，下一步是改進該系統以供日常使用。該團隊已經将系統中使用的電子裝置縮小到VHS錄音帶大小的盒子，可以安裝在伯克哈特的輪椅上。笨重的電極系統也被改裝為相對容易拿起和脫下的套筒。
最近，伯克哈特首次在家中使用該系統，通過平闆電腦對其進行控制。鑒于腦機接口技術具有侵入性，必須通過手術植入，這類系統在四肢癱瘓患者中廣泛使用可能還需要很長時間。不需要手術的非侵入性腦機接口技術似乎更有潛力，但該研究尚處于非常早期的階段。
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原文釋出時間：2020-04-29
本文作者：網易智能
本文來自：“
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