腦機介面人體實驗首度成功，它用 50 年把科幻電影變為現實

科技 11-16

不知道你有沒有看過電影《潛水鐘與蝴蝶》，這是根據真實故事改編而成的。影片主人公鮑比因為突如其來的中風造成全身肌肉癱瘓，無法動彈，眨動左眼是他唯一與外界交流的方式。身體不能動，但是他的大腦和思維卻是完全正常的。鮑比最後靠眨眼睛「寫」出了一本回憶錄。

對於癱瘓病人來說，如何與外界交流的確是一件難事，也許未來腦機介面技術會幫助鮑比這樣的病人，讓他們不再生活在密閉的「潛水鐘」里，通過腦電波或者神經活動與外界交流，讓思想可以像「蝴蝶」一樣自由飛翔。

腦機介面是什麼

人類在進行各項生理活動時都會向外發送電信號。如果用科學儀器測量大腦的電位活動，那麼在熒幕上就會顯示出波浪一樣的圖形，這就是「腦波」。

腦波活動具有一定的規律性特徵，和大腦的意識存在某種程度的對應關係。人在興奮、緊張、昏迷等不同狀態之下，腦電波的頻率會有明顯的不同，而正是因為腦波具有這種隨著情緒波動而變化的特性，人類對於腦波的開發利用成為了可能。像電影《阿凡達》中所展現的利用意念操控阿凡達，實際上就是腦機介面技術（Brain-Computer Interface，簡稱 BCI），這是指在人腦與計算機等外部設備之間建立直接的連接通路。通過對於腦電信息的分析解讀，將其進一步轉化為相應的動作，這就是用「意念」操控物體的基本原理。

推動臨床研究的難點在哪

你很難想像，科學家在 1963 年就已經開始嘗試腦機介面研究了。當時，英國一家醫院的醫生 Grey Walter 為了確認癲癇病人的腦內病灶，在其貼近大腦皮層的地方放了電極，電極可以清晰地獲取病人的神經活動。Walter 醫生有一天突發奇想，在病人們觀看風光幻燈片的時候，偷偷把腦電電極連接到了自己發明的「電位轉換器」上，把病人大腦運動皮層的場電位信號，轉換成了幻燈機換片的控制信號。於是奇蹟發生了：病人每次打算更換幻燈片時，但還沒有按動按鈕，幻燈機似乎已經知道了他們的想法，自動切換了。這是腦機介面技術的第一次完整實現：採集大腦神經信號，翻譯轉換後控制外部設備。

然而 50 多年過去了，為什麼這樣的技術還沒有真正應用到臨床上來呢？

腦機介面需要多學科的高度協作。如何長期穩定地記錄生活，晶元怎樣安全植入並保持長期穩定記錄，這些在神經外科，電生理、微電子等等領域的高度配合下才能達成。一方面要想獲得高質量、穩定的腦電信號，就需要在電極和頭皮之間注入導電膠，這種膠體適合於兩小時內的短期使用，時間長了就會幹結，其中的離子運動受阻，腦電信號質量會大幅度下降，直至腦機介面系統無法工作。另一方面環境中的電磁雜訊、使用者體表的電生理信號，甚至使用者的心理狀態也會破壞系統的穩定性，很多腦機介面的識別演算法離開實驗室就無法穩定工作了。

除了技術上的難點，道德倫理問題或許也是腦機介面難以普及的一個原因。國外媒體 The Verge 曾在 the big future 欄目中，談及了腦機介面的一個方向：在大腦中植入設備，避免人類在工作的時候開小差或者走神。這些應用已經遠遠超出醫療領域之外，也讓人們越來越擔憂腦機介面的未來——如果設備可以插入大腦中，讀取大腦的信息，控制人的思維，那麼他人看到我們大腦中的信息也不會是難事，電影《盜夢空間》里竊取他人思想的事情也許會在現實中上演。不僅如此，一旦技術被濫用，會不會有利用設備控制他人而進行的犯罪行為出現？更恐怖的是，未來，人會不會被機器所控制？

加州大學伯克利分校電子工程與神經科學副教授 Jose Carmena 曾就人們的擔憂表示「人腦是這些所有行為的控制方，腦機介面的主要目的是通過腦形成一個環路，整個環路中一直都是由大腦來對機器進行指揮，機器只是被動的接受體。」儘管如此，腦機介面涉及到的道德、倫理問題依舊讓一些相關實驗面臨種種阻礙。

應用及最新進展

2014 年巴西世界盃期間，一名腰部以下癱瘓的少年通過由腦電波控制的機器外骨骼踢出了世界盃的第一腳球。這裡利用的就是腦機介面技術。通過讓用戶依靠個人意念來進行交流以及控制設備，腦機介面對幫助 ALS 等病患治療有巨大潛力。

腦機介面人體實驗首度成功，它用 50 年把科幻電影變為現實

前不久，斯坦福大學開發的一項研究讓猴子能夠用意念敲出《莎士比亞》全集。猴子的大腦皮層中被植入了一種電極，通過訓練，它們學會把屏幕上的游標移動到指定位置。從猴子的大腦中收集數據，並轉化成電腦可以識別的命令。當猴子觀看屏幕的時候，它的腦電波通過電腦控制游標到達指定位置，然後它們將單點編成綠色的序列，就能讀出莎士比亞經典作品《哈姆雷特》里的字句——全程無需接觸滑鼠或鍵盤，用腦電波就能完成。對此，雷鋒網進行過相關報道。

腦機界面不僅被用於控制屏幕上的游標，研究人員還希望它能為假肢提供觸覺，幫助殘疾人與周圍環境互動。

腦機介面人體實驗首度成功，它用 50 年把科幻電影變為現實

上周，由 EPFL 領導的國際研究團隊開發了一款神經假體界面，通過對大腦和脊柱的重新連接，使腿部癱瘓的猴子能夠重新行走。這是人類首次通過神經科技恢復（非人類）靈長類的運動功能，相關論文在 Nature 發表。在脊髓受損的情況下，「神經義肢界面」（neuroprosthetics interface）承擔了橋樑作用。該團隊將其植入到猴子的大腦，該介面充當了大腦與脊椎之間的無線連接裝置，能解碼腦部運動皮層移動腿部的訊號，並將該腦波訊號及時無線傳至腰椎區域，刺激它們的腿部肌肉行走。這項研究成果是人類向治療癱瘓等疾病邁出的重要一步。

最近，國外媒體報道了世界上首例成功的人類腦機介面實驗，這意味著 BCI 技術在人類身上的運用得到了重大突破。

腦機介面人體實驗首度成功，它用 50 年把科幻電影變為現實

BCI 幫助荷蘭一位 ALS 女病人拼寫詞語和句子。而且更重要的是，這套介面幾乎可以隨時隨地使用，讓她即使在戶外也能夠與朋友進行交談，而不需要醫療專家在一旁隨時提供幫助。

通過外科手術將這種設備植入病人的大腦，設備帶有兩個安裝在大腦皮層運動區的電極，用戶可以通過它們控制運動。這些電極的位置是非常關鍵的——一個必須安裝在大腦中負責右手運動的位置，另一個則會在你想要倒計數時開始工作。電極連接著安裝在女病人胸部起搏器大小的發射器，發射器可以與她面前的計算機屏幕進行無線通信。當她注視屏幕時，就會看到虛擬鍵盤上有一個可移動的游標，當游標移動到她想選擇的字母上時，她必須想像右手點擊了那個字母。雖然病人無法使用右手，但她的大腦仍然可以發出運動的指令，而電極會收集這些信號，傳遞到發射器，然後傳遞到計算機和屏幕上。

僅僅六個月的訓練之後，該患者已經可以正常使用這套系統，打字正確率已到 95%。並且隨著測試的推進，研究人員相信打字的準確率和速度都將大大提高。

用意念進行交流或者運動，這聽起來似乎只是科幻小說里才會發生的故事，而在腦機介面技術的幫助下，也許未來癱瘓病人真的能夠重新與外界進行自由自在地交流，他們的思想將不再受到軀體的束縛。

Viasciencealert

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