与大脑相连的植入物帮助瘫痪患者感知物体和形状

多年来，脑机接口 (BCI) 已逐步发展，让脊椎受伤或肢体残缺的人能够使用信号控制假肢和计算机光标。但尽管技术取得了长足进步，复制微妙、细腻、细微的触觉仍然遥不可及。然而，现在，皮质仿生研究小组的一组研究人员相信他们已经取得了重大突破。一对佩戴 BCI 的患者能够控制仿生手臂并“感受”手指的触觉边缘、形状和曲率。研究人员的研究成果今天发表在《科学》杂志上。

研究人员花了数年时间研究两名脊髓受伤而无法控制四肢的患者。在研究中，参与者的大脑中负责手部和手臂运动的传感器和运动区域被植入了 BCI。研究人员能够记录并解码与患者手部运动相关的所有电活动模式。然后，要求患者参与一系列控制附近仿生手臂的复杂实验，看看他们是否能区分其表面发生的细微变化。他们报告了手部移动的边缘、曲线和方向等感觉和感觉。所有这些都是通过研究人员为编码自然触觉而开发的独特新方法实现的。

瑞典查尔姆斯理工大学助理教授、这项研究的主要作者贾科莫·瓦莱 (Giacomo Valle) 表示，这项工作“超越了脑机接口领域以往所做的任何工作”。

“我们现在处于人造触觉的另一个层次，”瓦莱在一份声明中说。“我们认为这种丰富性对于实现人手典型的灵活性、操控性和高维度触觉体验至关重要。”

BCI 如何测量细微触摸

脑机接口最初由加州大学洛杉矶分校的计算机科学家雅克·维达尔于 1973 年提出，其工作原理是利用电极获取人类的大脑信号，对其进行分析，并将其解释为计算机可以输入的形式。在实践中，这意味着通过手术将电极植入患者颅骨下方，直接测量大脑神经元。这些电极已经成功用于帮助患者控制假肢，甚至玩视频游戏。同时，复制 BCI 中更微妙的纹理或定向运动感觉已被证明具有挑战性，需要更先进的工程技术。

这项特别的研究更进了一步。虽然可以通过读取患者解码后的脑信号来实现诸如移动假肢之类的基本运动控制，但要让他们感受到感觉则需要相反的过程。Valle 告诉《大众科学》，他的团队必须对与触觉相关的信号进行编码，然后将其发送到患者的大脑。这比听起来要复杂得多。触觉是特定的，需要很高的精度。向患者的大脑发送哪怕是稍微错误的信号都会让他们感到混乱和困惑。让 BCI 发挥作用已经很困难了，但编码感觉又增加了一层全新的复杂性。

瓦莱说：“我们必须向大脑发送用大脑的语言表达的信息。”

实验让我们对未来有了初步的了解

在实验过程中，两名配备 BCI 的患者被发送了一系列不同的触觉信息，并被要求描述他们的感受。起初，患者报告感觉到像桌子末端一样的边缘。成功之后，他们会看到稍微复杂的形状和弯曲的字母。最后，他们逐渐接触到完整的 3D 形状，并能感觉到机械手和手指表面的运动感。Valle 表示，他和他的团队对测试的成功持乐观态度，但他对这个过程的有效性感到有些惊讶，因为他们选择和分析脑信号的“通道”数量相对有限。

Valle 承认，从理论上讲，这种技术在实验室之外的应用，完全恢复人的触觉，还有很长的路要走。要做到这一点，可能需要有人制造一种数字皮肤，可以附着在机器人肢体上，快速收集和解读有关世界的数据。然后，高度先进的 BCI 需要获取所有这些数据，并将其以可读信息的形式发送到患者的大脑。所有这些都需要基本上立即发生。

有一些乐观的理由。近年来，研究人员在所谓的“电子皮肤”开发和具身假肢方面取得了进展。Valle 表示，资金充足的商业 BCI 企业，如 Elon Musk 的 Neuralink 和 Synchron，也为该领域带来了急需的关注和投资。据报道，Neuralink 的第一位人类患者已经能够使用他的 BCI 玩在线视频游戏和下棋。该公司于 8 月成功地将设备植入第二位患者体内。虽然该领域的大多数真正前沿进展都是由大学的研究团队推动的，但最终可能需要像 Neuralink 这样资金充足的公司才能让这项技术在实验室环境之外为人类所用。

无论何时，Valle 表示，这一成就首先要归功于他的团队合作的参与者所做出的牺牲。Valle 称这些早期采用者为“先驱者”，据报道，他们每次会花三个小时记录和分析感官数据。他们很可能永远不会完全受益于这项技术的雄心勃勃的潜力。相反，他们正在为那些可能追随他们脚步的人奠定基础。

瓦莱说：“没有他们，这一切都不可能实现。”