有這樣一位名為 Buz Chmielewski 的男子，曾在一次出海沖浪時不幸遭遇意外，四肢癱瘓。從正值十幾歲的大好年華到此后的 30 余年里，Buz Chmielewski 的手臂幾乎不能做出任何活動。

雖然再也無法回到少年時的那般健康有活力，但他還是鼓起勇氣接受了一組來自美國著名私立大學(xué)約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院、應(yīng)用物理實驗室研究團隊的實驗，挑戰(zhàn)常人眼中的不可能。

幸運的是，實驗很成功！

Buz Chmielewski 借助科技的力量，用意識同時控制了兩條機械臂，這在醫(yī)學(xué)上還是首次。

首先，他控制左機械臂拿刀、右機械臂拿叉，切開盤子里的蛋糕。

接著，其中一條機械臂緩慢移動，將蛋糕送到嘴中。

其實，研究團隊用在他身上的正是大眾既耳熟能詳又表示擔(dān)憂的一項技術(shù)——「侵入式腦機接口」。

10 小時手術(shù)植入 6 個電極

這項實驗被稱為「雙邊腦機接口植入實驗」。

早在 2006 年，美國國防高級研究計劃局（DARPA）發(fā)起了與這一實驗相關(guān)的一個項目，希望研究團隊能夠盡快改進義肢（上肢）的技術(shù)，為患者操作義肢提供新的思路方法——其最初的設(shè)想是創(chuàng)造一個具有類似人類能力的神經(jīng)集成義肢（上肢），隨后慢慢衍生出了模塊化假肢（MPL），集成了諸如應(yīng)用于指尖的壓力和加速度傳感器。

2019 年 1 月，在長達 10 個小時的手術(shù)中，外科醫(yī)生將 6 個電極植入了 Buz Chmielewski 的大腦，旨在改善其雙手對外界的感知，實現(xiàn)傳說中的意念控制。

具體來講，Buz Chmielewski 的大腦兩側(cè)（控制運動和觸覺的區(qū)域）植入了皮質(zhì)內(nèi)微電極陣列傳感器。手術(shù)中團隊還用到了一種首創(chuàng)的方法，通過實時繪制大腦活動圖來確定放置電極的最佳位置。

手術(shù)后，約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院、應(yīng)用物理實驗室兩個團隊開始了近 2 年的聯(lián)合研究，終于達到了上述這一重要的里程碑。

如下圖所示，約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室工程師 Francesco Tenore 博士站在 Buz Chmielewski 一側(cè)，密切關(guān)注著他對兩條機械臂的意識控制。

正如研究團隊成員、醫(yī)學(xué)博士、約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院理療與康復(fù)主任、教授 Pablo Celnik 所說：

這種類型的研究，我們常稱其為腦機接口（BCI），目前絕大多數(shù)嘗試都集中在通過控制大腦的一側(cè)實現(xiàn)單機械臂的控制。因此，通過植入電極從大腦兩側(cè)檢測信號，控制兩條機械臂執(zhí)行基本的日?；顒?，可以說是實現(xiàn)更為復(fù)雜的任務(wù)的重要一步。

對此，研究團隊成員、約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院理療與康復(fù)助理教授、Gabriela Cantarero 博士補充道：

借助腦機接口同時控制兩條機械臂是一項特別的挑戰(zhàn)，因為它不是一個簡單的求和，不是說只要在大腦中算出左臂的動作+右臂的動作就行。在這里，可能 1+1 并不等于 2，1 + 1 = 3.8。

值得關(guān)注的是，這一突破性實驗其實是腦機接口+機器人+人工智能的共同成就——在患者體外的硬件部分，研究人員通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)了機械臂控制的部分自動化。如果說 Buz Chmielewski 的努力在于通過意識控制保證細節(jié)（如：蛋糕的準(zhǔn)確位置、蛋糕切好后的具體大?。?，那么機器人部分的工作則是為了讓這些基本動作更易達成。

實際上，研究團隊一直在探索利用神經(jīng)信號實現(xiàn)系統(tǒng)的“實時”控制。為了檢測效果，還有三位參與者加入了神經(jīng)控制研究，最終三位參與者都成功實現(xiàn)了單機械臂神經(jīng)控制。

就未來而言，該團隊還在研究通過神經(jīng)刺激同時為患者雙手提供感覺反饋的方法。Francesco Tenore 博士表示：

下一步的工作包括：增加患者日?；顒拥臄?shù)量和類型，從而證明這種形式的人機合作是可靠的，從而為用戶提供額外的感官反饋任務(wù)。這也就意味著，患者不必完全依靠視覺來判斷是否成功，就像普通人系鞋帶時不用看也能感覺到自己的動作，把鞋帶系好。

終于，利用大腦植入物，四肢癱瘓的患者能夠用意識同時控制兩條假肢了，這無疑對于脊髓高度損傷和神經(jīng)肌肉疾病患者的能力恢復(fù)有著重要意義。

腦機革命：侵入 or 非侵入？

近年來，腦機接口領(lǐng)域的重大突破逐漸多了起來。

2020 年 1 月 16 日，浙江大學(xué)正式宣布了“雙腦計劃”的科研成果，植入電極的志愿者可利用大腦運動皮層信號精準(zhǔn)控制外部機械臂，實現(xiàn)三維空間的運動。

2020 年 4 月 23 日，《細胞》（Cell）雜志刊登了一篇來自美國俄亥俄州的重磅研究論文，介紹了一個通過腦機接口系統(tǒng)來恢復(fù)嚴(yán)重脊髓損傷的患者手部觸覺和運動能力的案例，該案例中觸覺準(zhǔn)確率已達到了 90%。

在腦機接口領(lǐng)域，最出圈的公司莫過于硅谷鋼鐵俠馬斯克的 Neuralink。

北京時間 2020 年 8 月 29 日上午 6:40，Neuralink 舉行發(fā)布會，展示了最新的可穿戴設(shè)備 LINK V0.9 和手術(shù)機器人，并通過現(xiàn)場的三只小豬和實時神經(jīng)元活動演示，展示了 Neuralink 腦機接口技術(shù)的實際應(yīng)用過程。

即便馬斯克在電動車、腦機接口、上火星等領(lǐng)域都十分激進，但在萬眾期待的 Neuralink 發(fā)布會上，馬斯克請來現(xiàn)場展示的仍然不是人類，腦機接口技術(shù)的難度由此可見一斑。

值得一提的是，上述三例均屬于「侵入式腦機接口」，即必須將電極植入到人腦中，而與之對應(yīng)的「非侵入式腦機接口」則是僅將電極放置在人的頭皮上，進行信號采集。

談起后者，繞不開一位中國企業(yè)家——盛大集團創(chuàng)始人陳天橋。

在腦機接口方面，陳天橋更為注重的是「非侵入式腦機接口」。2020 年 10 月，TCCI（陳天橋雒芊芊研究院）的首個「腦科學(xué)前沿實驗室」在上海落成，中美腦科學(xué)研究領(lǐng)域的最新成果也一并展示，其中諸如用嗅覺控制夢境的腦科學(xué)領(lǐng)域研究令眾人眼前一亮。

實際上，目前國內(nèi)外已有眾多企業(yè)也開始了非侵入式的探索，利用人工智能算法、體外電極貼、手機 APP 檢測睡眠質(zhì)量、解決睡眠問題的嘗試已然存在。

不論哪種方式會更先被大眾認可，一個不可忽視的事實是：腦機接口技術(shù)發(fā)展已是大勢所趨。

引用來源：

https://medicalxpress.com/news/2020-12-quadriplegic-patient-brain-advanced-prosthetic.html

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