腦機介面：讓癱瘓的猴子重新行走！

有無數科幻作品都曾設想過，如果將人腦與電腦相結合，用意念操控機械，那麼「殘疾」、「截癱」之類的辭彙就將永遠變為歷史。然而，最近發表在《自然》雜誌上的一項研究卻展現了另一種截然不同的思路——想用電腦幫助截癱人士，可未必非得要用機械臂不可。

在電影《美國隊長3：內戰》中，戰爭機器羅德斯從高空墜落癱瘓，鋼鐵俠設法用機械裝置幫助他恢復。現實中科學家有沒有辦法拯救類似的不幸？圖片來源：《美國隊長3：內戰》截圖

這一回，科學家的思路「繞了個彎」——對於一些截癱患者而言，他們身上絕大多數的神經和肌肉都是完好無損的，僅僅是脊髓上受了點創傷，使得來自腦子的神經信號沒法順利送達肌肉而已，既然如此，只要設法讓他的神經信號到達指定位置不就行了么？

事實上，不久前就有研究者就在受傷的老鼠身上基本做到了這一點，不過老鼠向來頭腦簡單，四肢也發達不到哪去。所以這一回，科學家決定要在更接近咱人類的動物身上試試水。啥動物接近人類呢，數來數去，猴子算是個好選擇。

研究者手中的靈長類腦模型和模型上的腦部植入物。這個小小的植入物能夠探測猴腦運動皮層的活動。圖片來源：Alain Herzog / EPFL

腦洞可以漫天亂開，事情還是得一步一個腳印做。科學家的第一步是要設法從大腦中把運動信號提取出來。這年頭，採集大腦中的神經信號已經不是啥難事了，往猴腦運動皮層當中植入一個電極陣列，科學家就可以將一塊腦區當中所有的信號盡收眼底。不過單知道信號還不夠，科學家還得把這些信號和特定的運動聯繫起來。為此，他們用上了動作捕捉技術。

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猴子的正常步態和右後腿主要肌肉的活動情況。這些記錄讓研究人員得以構建猴子行進時，相關神經元活動的時空分布圖譜。圖片來源：Capogrossoet al.

接下來，科學家又如法炮製地獲取了脊髓神經元活動和特定肌肉運動之間的關係，這下幾級神經信號和運動的關係算是都理順了。他們在猴子的腦部運動皮層植入電極陣列，在腰椎脊髓內植入電刺激裝置——這一裝置能夠向脊髓中控制右後腿運動的神經元進行刺激。

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研究者先在正常猴子身上調試了他們的腦機介面（BSI）。圖示不同的刺激頻率下猴子的步態。圖片來源：Capogrossoet al.

到萬事俱備，科學家馬上找（制）來（造）了兩隻脊椎中段受傷導致右後腿無法動彈殘疾猴。僅僅在受傷後六天猴子就能藉助這一系統勉強讓殘腿參與行進：開關開啟，猴腦中的電極陣列迅速記錄下猴子腦部的神經信號，並將其無線傳輸到附近的電腦中，電腦分析出猴子的運動意圖後，再把信號發送給末端脊髓內的電刺激裝置，給予脊髓特定的刺激來讓下肢做出正確的動作。

該腦機介面的工作流程示意圖。植入腦部的電極陣列記錄運動皮層的神經活動（1）即時進行運動狀態解碼（2），並通過無線傳輸將信號傳給電刺激裝置（3），對因脊髓受傷而無法接受腦部信號的神經元進行電刺激（4），令本已癱瘓的右後腿恢復運動能力。

利用這套系統，配上一定的訓練就可以讓猴子大致恢復運動功能。可以看出當刺激裝置被關閉時（BSI OFF）猴子的右後肢完全不能動彈，但是一旦開啟刺激裝置（BSI ON），猴子的運動功能就基本恢復了。

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另一隻猴子在受傷後16天的行走表現。

縱然還有點踉蹌，但這第一步已經足夠完美。在這個時代，我們每天都在見證著世界的變革，一些東西也許會倒退，然而科技永遠在向前。也許在不遠的將來，截癱將不再令人絕望——因為科學在不斷引入希望。

（編輯：Calo）

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