解碼大腦，以意念控制行動

隨著腦機接口技術的迅猛發展，利用電子植入物解碼大腦，讓失去行動能力的患者能夠用意念控制身體，幫助他們“心想身動”，移動機械臂或自身手臂，已不再只是科幻小說或科幻影片中出現的場景。

腦機接口是一種收集、分析人腦信號，并將其轉化為計算機可以理解和執行的指令的設備。在過去的幾十年里，這一領域的研究不斷增多，為臨床應用開辟了更多的可能性。例如，能夠準確翻譯人類意圖的腦機接口可以幫助殘障人士恢復獨立生活能力。

實驗中，使用腦機接口一小時后的核磁共振掃描顯示，控制特定行為的大腦區域的結構和功能都發生了變化，這為患有腦部疾病或認知障礙的患者創建量身定制的治療系統帶來了希望。但還需要做更多的工作來弄清楚這些變化是否能長期鞏固，以及是否可以用于特定疾病的治療。研究人員認為，根據患者個體的病變位置，針對患者個體定制基于腦機接口的治療方法是有潛力的。

重建大腦“指揮”能力

一些因各種原因導致癱瘓的患者，他們的大腦實際上仍然可以正常運轉，但四肢卻拒絕聽從大腦的指令，顯然，他們的大腦已經指揮不了四肢了。那么，有沒有辦法利用一些先進的技術和設備，將癱瘓患者的意圖轉化為動作呢？日內瓦維斯生物和神經工程中心的創始人、神經科學家約翰·多諾霍通過多年的研究實驗，堅信可以做到。

早在2002年多諾霍就已經證明，猴子可以在解釋其大腦活動的解碼器的幫助下移動光標。在接下來的十年里，他和同事又證明，該系統也適用于人類，四肢癱瘓的患者可以利用他們的大腦活動來移動光標。這一系列研究在最近更是達到了令人振奮的新高度，證明癱瘓患者也可以通過這種方式控制平板電腦。

多諾霍的研究實驗表明，患者可以利用該系統打開和關閉機械手，通過多關節機械臂來夠取并抓握瓶子，然后用瓶子喝水。

在實驗中，研究人員將一個4毫米× 4毫米的小型微電極陣列植入患者大腦的運動皮層區域。該電極陣列由100根細若頭發絲的硅針組成，每根硅針接收神經元放電活動的信號，并通過電纜線傳輸到計算機，計算機將大腦神經元放電活動的信息轉換成控制機器或者患者自身手臂的指令。

在實驗中，研究人員先是向受試患者展示屏幕上光標向左和向右移動的影像，然后要求他們在大腦中想象自己正在移動控制光標的鼠標，同時記錄下他們大腦運動皮層中神經元的活動。例如，受試患者每次想象向左移動光標時，某神經元可能會被激發5次；想象向右移動時，會被激發10次。然后，研究人員就可以利用這些信息形成計算指令，在神經元放電5次時將光標向左移動，而在神經元放電10次時向右移動。由于神經元活動本質上是嘈雜的，可以測量的神經元越多，計算機判斷預測的效果也越好。

對于安裝了假肢手臂的患者，研究人員要求他們想象假肢做同樣的動作。有人認為必須為“彎曲和伸展肘部”“上下移動手腕”等構建單獨的模型。但事實證明，這根本沒有必要。研究人員認為，確切的位置并不那么重要，不需要確切地知道每個神經元正在嘗試做什么，只要能夠從它們的組合活動中可靠地預測預期的動作即可，因為所有的神經元都是大腦神經元互連網絡的一部分。

腦機接口可以讓癱瘓患者控制電腦屏幕上的光標，移動假肢裝置或自己的肢體。例如，使用機械臂將瓶子舉到自己面前、用吸管喝咖啡等。人們是否能夠通過反復練習獲得使用腦機接口設備的更多體驗呢？一些科學家正在進行這方面的研究和開發，讓腦機接口設備的使用者能夠感受到假肢正在做什么，通過一些觸覺反饋來跟蹤這樣的感覺，讓使用者獲得更多腦機接口設備的體驗。

經進一步改進后的系統甚至可讓癱瘓患者移動自己的手臂。那么計算機要如何為患者手臂提供運動方向、控制手臂移動呢？對癱瘓患者的手臂肌肉實施電刺激似乎是最實用的，但提供能量的成本很高，而刺激控制肌肉的神經元則比較節能。然而，以正確的方式刺激相應的神經元，是一個相當復雜的過程。讓癱瘓患者能夠通過腦機接口設備移動自己的手臂，是目前所取得的一項重大成就。但是在目前的研究中，移動手臂的過程很緩慢，并且不如期望中的那么靈巧，這在很大程度上是因為目前對從大腦到四肢的信號傳播還缺乏充分了解。

腦機接口技術的未來目標

除了進化賦予我們四肢靈活的活動能力之外，我們的大腦還可以適應人工賦予我們額外的能力嗎？在某種程度上，我們今天所使用的一些工具、計算機或汽車，事實上都是我們肢體功能的外延，其中一些額外的能力延伸非常復雜，且與我們肢體功能是截然不同的，但我們都學會了很好地使用它們。就像實驗中的猴子一樣，盡管它們擁有功能正常的手臂，但仍然可以通過大腦活動移動光標或機械臂。如果可以使用更高效的設備，那么人們就會傾向于減少使用與生俱來的肢體功能。

盡管如此，我們仍然不提倡使用植入物進行純粹的能力增強，因為腦部植入手術仍然存在出現問題的風險。腦機接口研究應該注重于為癱瘓患者創造恢復活動能力的機會，雖然目前仍然存在成本高昂的問題，無法提供給每個需要它們的人，但這應該是我們努力的目標。

目前的腦機接口技術基本上仍然需要用電纜線將大腦與計算機相連接。為此，研究人員正在開發一種以無線電發送信號的植入系統，實現這一目標的技術難度很大，需要讓整個設備變得更小，并且需要使用性能優異的電池等，但這正是研究人員努力想要達成的目標。