让瘫痪病人用「意念」重新行走,脑机接口的真正使命是什么

让瘫痪病人用「意念」重新行走,脑机接口的真正使命是什么

从《黑客帝国》到《攻壳机动队》,人类试图将思维转化为数字信号的尝试从没停止过,「半机械人」也在从科幻概念一点点变成触碰得到的现实。

2014 年 6 月 12 日下午 15 点 33 分的那一刻,在巴西圣保罗世界杯开幕的现场,十二亿人都正在为一次稀松平常的踢球动作而疯狂庆祝。一个名为 Juliano Pinto 的高位截瘫的男孩完成了一个壮举,在全球十二亿观众面前,他用自己的脑子控制机械外肢为 2014 年巴西世界杯完成了开球。他并不能移动他的身体,但是他可以想象踢球所需要的动作,并通过这种想象操控机械外肢做出相应的动作。

他的这一脚,浓缩了整整 30 年人类科学对脑部基础研究的精华。

从猴子摘葡萄到神经义肢

思维控制机械,如此科幻的概念可能比你想象的要更早出现,这也正在让人类的未来发生一些改变。

其实,早在 1963 年英国神经生理学家 W. Gray Walter 就开始了脑机接口的研究,他发现了关联性负变效应(CNV),即在一个人意识到他即将要采取的行动前半秒钟,大脑会出现一个闹点活动的消极巅峰。在给癫痫病人的治疗中,处于确定脑内病灶的需要,他在病人大脑中贴近大脑皮层的位置安放了电极。治疗过程中他突发奇想,在病人们欣赏幻灯片时,他偷偷把脑电电极连接到「电位转换器」上,把病人大脑运动皮层的场电位信号转换成了幻灯片的切换信号。这时候,奇迹出现了,病人每次打算换片时,还没有按动控制按钮,幻灯片就自己换片了!这是脑机接口技术的第一次完整实现。

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而将脑机接口这一理念真正落地的,则是 Miguel Nicolelis 创立的杜克大学的神经工程研究中心。他们创造出的 Brain Machine Interface 技术能够把大脑连接到机器上,那么人和或者动物就能通过在大脑中想象需要让你身体去做的动作,就够控制这个设备,无论这个设备离你的身体有多远,你依旧可以通过大脑来控制这个机器。

脑机接口其实并不是什么高深的科学,只是基础的脑部研究,运用遍布脑部的电极传感器来接收大脑发出的试图驱动肢体去完成某个动作的神经信号。感应器能够同时接收成千上万的脑细胞的神经信号,并且从这些信号的数据中,得到大脑在发出不同指令时的信号规律,最终把这些信号转化成了数字指令。

经过转化后的脑神经数据通过传输,任何机械或是电子设备能够接,于是人和动物也就能通过大脑的想象去控制各式各样的机械,帮助他去完成想做的动作。

在 2000 年,Miguel Nicolelis 的研究组成功训练一只猴子学会通过大脑的脑机接口去控制一只虚拟手臂,并做出正确的选择从而获得果汁奖励。随后 Miguel Nicolelis 的研究组还通过训练猴子用无限脑机接口来遥控轮椅,让猴子在房间中随意移动,去摘去随机在房间中出现的水果。

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这一切都让 Miguel Nicolelis 和他的研究组兴奋不已,他们迅速重启了 15 年前提出的观点,重新起草了文章,他们人为,也许通过脑机接口让一个瘫痪的人重新获得运动能力。

所以 Miguel Nicolelis 开始去思考,这不应该只存在于一个实验室的实验,他们有了一个新想法。这个想法惠及到了人类,特别脊髓受损的患者,这群人大多四肢瘫痪,根本无法移动,也感觉不到自己的四肢,但他们的大脑功能依旧正常。

Miguel Nicolelis 和他的同伴认为,通过 BMI(Brain Machine Interface)来获取他的大脑数据,因为他的大脑还是正常运作的,没有损失任何的想象和控制的功能,然后将这种数据信号重新传导到他新的机器身体上。当这些高位截瘫的患者穿上这样机器人盔甲,他只要去思考,就像之前实验中的猴子一样,就能动起来。

而从上述实验中获得的成果,其中最具实际意义的是将这项技术落实到脊髓受损和高位截瘫病人的运动能力恢复。通过链接大脑的神经义肢和机械铠甲,脑机接口这项技术能够非常实际的帮助到人类。

意念行走,脑机接口该有的使命

瘫痪病人能用「意念」重新行走,这件事正在发生。

随着今年 Musk 的新公司 Neuralink 的创办、Facebook 对脑机交互的探索,脑机互联一时间又成为了热门话题,越来越多的人开始谈论。但在这些火热和科幻的背后,有的是真实生活、有的则是依旧是童话世界。脑机接口这项技术,它真正的使命和意义在哪?

在 Miguel Nicolelis 看来,脑机接口在学术层面和实验室的成就最终的使命需要落在将人从瘫痪的痛苦中拯救出来。于是 Miguel Nicolelis 的研究组之后推出了 Bra Santos Dumont One——第一个脑控骨骼康复机器人。

这机器人由 15 个自由度的液压器组成,并且通过电子信号操控,而人的大脑活动则被一种非入侵式脑电图记录下来。能够让病人想象他想要做的动作,并把脑神经信号转化成数字信号并被机器接收来完成他的动作。这项技术的出现就是一件送给全球 2500 万脊髓受损而无法行动的人的最好礼物。

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而文章开头时提到的巴西世界杯的开球仪式,那就是 Miguel Nicolelis 将这种让人通过脑神经信号重新获得行动能力的例子。并且在完成动作的过程中,每当机械臂触碰到真实物体,脑机接口同样会给大脑一个反馈的电子脉冲,感受到物体的表面质地,模拟出真实的触感。

在巴西世界杯上开球的高位截瘫患者 Juliano Pinto 在开球之后曾激动的说「我感觉到球了!」,在 Miguel Nicolelis 看来,这件事的意义是无价的。

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这的确是一件具有非凡意义的事,因为这意味着「脑机接口」能做到的事不在单纯的只是重新赋予人行动的能力,更重要的是真正的有了走路的感觉,重新开始行走。

和脑机接口相连的机械表面是用人造皮肤所覆盖,它能够让移动的关节以及脚触地的感觉通过一件机械背心传递给瘫痪病人,通过电子脉冲反馈创造一种感觉,给患者的大脑产生一种假象,让患者觉得是自己在行走而不是依托于一个机械骨骼。

因为脑机接口有了电子脉冲反馈,所以它除了用「念力」控制机械之外更重要的是能够帮助丧失行动能力的人,通过用脑机接口训练逐渐恢复行动能力。Miguel Nicolelis 就曾帮助过一个 14 年没有走过路的女士,经过 23 个月的训练之后逐渐恢复了部分的行动能力,在不需要借助任何机械外骨骼的情况下。

当 Miguel Nicolelis 在极客公园 2017Rebuild 大会上展望未来时,脑机接口技术的未来是否能将人的意识移植到机器、是否会像黑客帝国一样,这可能很远,但脑机接口技术确实可以帮助人脑康复。帮助那些中风、截瘫和一些脊柱损伤的患者可以进行康复。

在 Miguel Nicolelis 看来,造福全世界数以亿计的行动困难的人这才是脑机接口真正应该背负的使命。

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