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　　圖1：在 2010 年遭受嚴(yán)重脊髓損傷后，伯克哈特在他的運(yùn)動皮層植入了微型芯片，將大腦電信號轉(zhuǎn)到電腦上控制手臂

　　4 月 29 日，據(jù)外媒報(bào)道，觸覺是我們感受外部世界不可或缺的感官，但許多人卻因脊髓損傷或因患病癱瘓而失去這種能力。不過，最近非營利組織巴特爾研究所的研究人員宣稱，他們首次利用腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)幫助一名美國癱瘓男子恢復(fù)了手部觸覺。

　　這名男子名叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)，他在 2010 年參加潛水活動時發(fā)生事故，脊髓斷裂導(dǎo)致全身癱瘓。伯克哈特不僅無法走路，手臂的活動范圍也僅限于肩膀和二頭肌，幾乎完全失去了觸覺。

　　2014 年，伯克哈特參加了巴特爾研究所的 NeuroLife 項(xiàng)目。該計(jì)劃是在伯克哈特的大腦中植入米粒大小的微型芯片，并用它來改善其手臂的運(yùn)動范圍，并人工重建觸覺。現(xiàn)在，在開始這項(xiàng)研究六年后，伯克哈特已經(jīng)能夠感覺到物體，并有足夠的手臂控制力，甚至可以玩《Guitar Hero》。

　　嚴(yán)重的脊椎損傷會阻礙來自大腦的信號，這些信號要求四肢移動并提供感覺反饋。研究人員發(fā)現(xiàn)，伯克哈特的大腦與其手臂和腿之間只有幾束脊髓纖維存活下來。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的神經(jīng)學(xué)家帕特里克·甘澤(Patrick Ganzer)說：“即使只有少部分纖維，也能在大腦中產(chǎn)生信號。只是這些信號過于微弱，患者感覺不到任何東西，手臂也無法移動。”

　　對此，甘澤等人提出了一個有趣的假設(shè)：從大腦中提取這些微弱信號，解碼它們的意思，并將它們傳遞到四肢，就可以繞過脊椎，重新將大腦和身體連接起來。問題在于，觸摸和運(yùn)動的信號在大腦中顯得雜亂無章，因?yàn)槊總€動作都對應(yīng)獨(dú)特的信號，而伯克哈特腦袋里的芯片每次可以接收大約 100 個不同的信號。

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　　圖2：當(dāng)伯克哈特想移動右手時，它會在大腦中產(chǎn)生電信號，由計(jì)算機(jī)處理，然后發(fā)送到前臂的電極上，刺激他的肌肉，使他能夠執(zhí)行運(yùn)動

　　為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想，甘澤等人設(shè)計(jì)了復(fù)雜的設(shè)置，將伯克哈特的大腦連接到計(jì)算機(jī)上。運(yùn)動皮層中的芯片通過頭骨后部的端口發(fā)送電信號，然后再通過電纜傳輸?shù)礁浇碾娔X上。軟件程序會解碼大腦信號，并將它們分離為與預(yù)期運(yùn)動和觸覺相對應(yīng)的信號。代表預(yù)期運(yùn)動的信號被發(fā)送到環(huán)繞伯克哈特前臂的電極套，觸摸信號則被發(fā)送到他上臂周圍的振動帶。

　　起初，甘澤專注于在沒有觸覺的情況下恢復(fù)伯克哈特手臂的運(yùn)動。短短幾個月，他的手就部分恢復(fù)了活動。不過，沒有觸覺反饋，伯克哈特抓握東西非常吃力，握力幾乎不受控制。

　　然而，給這套系統(tǒng)增加觸覺更加困難。為了梳理出與觸摸相對應(yīng)的獨(dú)特信號，甘澤等人開始對伯克哈特的拇指和前臂進(jìn)行有針對性的刺激。通過觀察當(dāng)壓力施加在手上的大腦信號變化情況，研究人員能夠在更強(qiáng)運(yùn)動信號的情況下識別出微弱的觸摸信號。

　　這意味著計(jì)算機(jī)程序可以將來自伯克哈特腦機(jī)接口的信號分開，從伯克哈特的手傳遞到大腦的微弱壓力信號可以轉(zhuǎn)化為振動，讓他知道自己正在觸摸物體。在測試中，伯克哈特可以近乎完美地準(zhǔn)確地分辨出他何時觸摸到物體。

　　開始的時候，觸摸帶是十分簡單的開關(guān)振動裝置。但甘澤等人對其進(jìn)行了改進(jìn)，使其可以根據(jù)伯克哈特抓握物體的硬或軟來改變其振動，這類似于視頻游戲控制器和手機(jī)向用戶提供反饋的方式。

　　現(xiàn)在甘澤已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中展示了這項(xiàng)技術(shù)，下一步是改進(jìn)該系統(tǒng)以供日常使用。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將系統(tǒng)中使用的電子設(shè)備縮小到 VHS 磁帶大小的盒子，可以安裝在伯克哈特的輪椅上。笨重的電極系統(tǒng)也被縮減為相對容易拿起和脫下的套筒。最近，伯克哈特首次在家中使用該系統(tǒng)，通過平板電腦對其進(jìn)行控制。

　　鑒于腦機(jī)接口技術(shù)具有侵入性，必須通過手術(shù)植入，這類系統(tǒng)在四肢癱瘓患者中廣泛使用可能還需要很長時間。不需要手術(shù)的非侵入性腦機(jī)接口技術(shù)似乎更有潛力，但該研究尚處于非常早期的階段。