讓癱瘓病人用「意念」重新行走 在未來腦機接口或許做得到!
合作媒體-新榜/作者:早優夫斯基
夏邦明/編譯 2017-08-14 08:00

 

從《駭客任務》到《攻殼機動隊》,人類試圖將思維轉化為數字信號的嘗試從沒停止過,「半機械人」也在從科幻概念一點點變成觸碰得到的現實。

 

2014 6 12 日下午 15 33 分的那一刻,在巴西聖保羅世界杯開幕的現場,十二億人都正在為一次稀鬆平常的踢球動作而瘋狂慶祝。一個名為 Juliano Pinto 的癱瘓的男孩完成了一個壯舉,在全球十二億觀眾面前,他用自己的腦子控制機械外肢為 2014 年巴西世界杯完成了開球。他並不能移動他的身體,但是他可以想像踢球所需要的動作,並通過這種想像操控機械外肢做出相應的動作。


這一腳,濃縮了整整 30 年人類科學對腦部基礎研究的精華。

 

從猴子摘葡萄到神經義肢


思維控制機械,如此科幻的概念可能比你想像的要更早出現,這也正在讓人類的未來發生一些改變。


其實,早在1963 年英國神經生理學家W. Gray Walter 就開始了腦機接口的研究,他發現了關聯性負變效(CNV),即在一個人意識到他即將要採取的行動前半秒鐘,大腦會出現一個鬧點活動的消極巔峰。在給癲癇病人的治療中,處於確定腦內病灶的需要,他在病人大腦中貼近大腦皮層的位置安放了電極。治療過程中他突發奇想,在病人們欣賞幻燈片時,他偷偷把腦電電極連接到「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片的切換信號。這時候,奇蹟出現了,病人每次打算換片時,還沒有按動控制按鈕,幻燈片就自己換片了!這是腦機接口技術的第一次完整實現。

 

 

 

而將腦機接口這一理念真正落地的,則是 Miguel Nicolelis 創立的杜克大學的神經工程研究中心。他們創造出的Brain Machine Interface 技術能夠把大腦連接到機器上,那麼人和或者動物就能通過在大腦中想像需要讓你身體去做的動作,就夠控制這個設備,無論這個設備離你的身體有多遠,你依舊可以通過大腦來控制這個機器。


腦機接口其實並不是什麼高深的科學,只是基礎的腦部研究,運用遍布腦部的電極傳感器來接收大腦發出的試圖驅動肢體去完成某個動作的神經信號。感應器能夠同時接收成千上萬的腦細胞的神經信號,並且從這些信號的數據中,得到大腦在發出不同指令時的信號規律,最終把這些信號轉化成了數字指令。



經過轉化後的腦神經數據通過傳輸,任何機械或是電子設備能夠接,於是人和動物也就能通過大腦的想像去控制各式各樣的機械,幫助他去完成想做的動作。



在 2000 年,Miguel Nicolelis 的研究組成功訓練一隻猴子學會通過大腦的腦機接口去控制一隻虛擬手臂,並做出正確的選擇從而獲得果汁獎勵。隨後 Miguel Nicolelis 的研究組還通過訓練猴子用無限腦機接口來遙控輪椅,讓猴子在房間中隨意移動,去摘去隨機在房間中出現的水果。

 

 

這一切都讓 Miguel Nicolelis 和他的研究組興奮不已,他們迅速重啟了 15 年前提出的觀點,重新起草了文章,他們人為,也許通過腦機接口讓一個癱瘓的人重新獲得運動能力。


所以 Miguel Nicolelis 開始去思考,這不應該只存在於一個實驗室的實驗,他們有了一個新想法。這個想法惠及到了人類,特別脊髓受損的患者,這群人大多四肢癱瘓,根本無法移動,也感覺不到自己的四肢,但他們的大腦功能依舊正常。


Miguel Nicolelis 和他的同伴認為,通過BMI(Brain Machine Interface)來獲取他的大腦數據,因為他的大腦還是正常運作的,沒有損失任何的想像和控制的功能,然後將這種數據信號重新傳導到他新的機器身體上。當這些高位截癱的患者穿上這樣機器人盔甲,他只要去思考,就像之前實驗中的猴子一樣,就能動起來。


而從上述實驗中獲得的成果,其中最具實際意義的是將這項技術落實到脊髓受損和高位截癱病人的運動能力恢復。通過鏈接大腦的神經義肢和機械鎧甲,腦機接口這項技術能夠非常實際的幫助到人類。


意念行走,腦機接口該有的使命


癱瘓病人能用「意念」重新行走,這件事正在發生。


隨著今年 Musk 的新公司 Neuralink 的創辦、Facebook 對腦機交互的探索,腦機互聯一時間又成為了熱門話題,越來越多的人開始談論。但在這些火熱和科幻的背後,有的是真實生活、有的則是依舊是童話世界。腦機接口這項技術,它真正的使命和意義在哪?


在 Miguel Nicolelis 看來,腦機接口在學術層面和實驗室的成就最終的使命需要落在將人從癱瘓的痛苦中拯救出來。於是 Miguel Nicolelis 的研究組之後推出了 Bra Santos Dumont One——第一個腦控骨骼康復機器人。

 

這機器人由 15 個自由度的液壓器組成,並且通過電子信號操控,而人的大腦活動則被一種非入侵式腦電圖記錄下來。能夠讓病人想像他想要做的動作,並把腦神經信號轉化成數字信號並被機器接收來完成他的動作。這項技術的出現就是一件送給全球 2500 萬脊髓受損而無法行動的人的最好禮物。

 

 

 

而文章開頭時提到的巴西世界杯的開球儀式,那就是 Miguel Nicolelis 將這種讓人通過腦神經信號重新獲得行動能力的例子。並且在完成動作的過程中,每當機械臂觸碰到真實物體,腦機接口同樣會給大腦一個反饋的電子脈衝,感受到物體的表面質地,模擬出真實的觸感。


在巴西世界杯上開球的高位截癱患者 Juliano Pinto 在開球之後曾激動的說「我感覺到球了!」,在 Miguel Nicolelis 看來,這件事的意義是無價的。

 

 

這的確是一件具有非凡意義的事,因為這意味著「腦機接口」能做到的事不在單純的只是重新賦予人行動的能力,更重要的是真正的有了走路的感覺,重新開始行走。


和腦機接口相連的機械表面是用人造皮膚所覆蓋,它能夠讓移動的關節以及腳觸地的感覺通過一件機械背心傳遞給癱瘓病人,通過電子脈衝反饋創造一種感覺,給患者的大腦產生一種假象,讓患者覺得是自己在行走而不是依託於一個機械骨骼。


因為腦機接口有了電子脈衝反饋,所以它除了用「念力」控制機械之外更重要的是能夠幫助喪失行動能力的人,通過用腦機接口訓練逐漸恢復行動能力。 Miguel Nicolelis 就曾幫助過一個 14 年沒有走過路的女士,經過 23 個月的訓練之後逐漸恢復了部分的行動能力,在不需要藉助任何機械外骨骼的情況下。

 

當Miguel Nicolelis 在極客公園2017Rebuild 大會上展望未來時,腦機接口技術的未來是否能將人的意識移植到機器、是否會像黑客帝國一樣,這可能很遠,但腦機接口技術確實可以幫助人腦康復。幫助那些中風、截癱和一些脊柱損傷的患者可以進行康復。


在 Miguel Nicolelis 看來,造福全世界數以億計的行動困難的人這才是腦機接口真正應該背負的使命。