讓癱瘓的手復活

◎程超

讓癱瘓的手復活

◎程超

19歲的美國小伙伊恩不幸意外撞壞脖子，第5頸椎處的脊髓受到嚴重損傷，導致癱瘓，失去手部運動能力。脊髓的神經損傷很難修復，許多人不得不面對終身癱瘓。

科學家們打破習慣思維，想方設法繞過脊髓傳遞神經信號。有不少實驗室研發出讓大腦直接對機械“發號施令”的腦機接口，通過植入芯片，癱瘓者能夠用機械手給自己拿來一杯飲料；在實驗室里，猴子還用“意念”開起輪椅。

美國巴特爾紀念研究所在神經科學和神經工程上有了一項重大突破。新成果是一套被科學家們稱作“神經旁路系統”（NBS）的新型設備。它可以繞過患者受損的脊髓，將植入式腦機接口與電刺激結合，在大腦和手臂之間建立起一條全新的信息通路，實現對癱瘓肢體較為精細的控制。

伊恩有幸成為這個研究的第一個受益者。為了建立起繞過脊髓的神經旁路，研究者們首先通過磁共振掃描在伊恩的左半球運動皮層上識別出負責右手運動的區域，然后在這塊腦皮層上植入一塊約五毫米見方的電極陣列。陣列上均勻分布了96個探針電極，將電極附近的神經信號源源不斷地傳輸到電極后端的工作站上。經過工作站上“機器學習”算法的處理，伊恩的運動意圖被解讀出來，轉化成電刺激信號，通過貼在手臂上的電極刺激肌肉，最終讓伊恩自己的肢體動起來。

實驗初期，科學家為伊恩播放手部運動的三維動畫，讓伊恩想像自己在按照動畫做手部運動。此時大腦產生的活動會被陣列電極捕捉，再由機器學習算法不斷“領會”。經過人與機器的多次訓練“磨合”之后，伊恩再想像某個手部運動時，算法就會識別出來，并驅動肌肉完成這個動作。

適應了NBS系統的操作方式之后，伊恩做出久違的手腕屈伸、手掌開合等動作。最終，奇跡出現了，伊恩用原本癱瘓的手順暢地完成了抓握瓶子、刷卡等一系列動作，甚至還玩起“吉他英雄”的游戲，展示NBS系統實現精細手指控制的能力。

摘自《祝您健康》2017年第4期 圖/何影