不再是科幻！2016年“脑机接口”主要研究盘点

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你大概还记得电影《阿凡达》里瘫痪的人类男主角用大脑控制Avatar（化身）在潘朵拉星球上历险的故事。“意念”操纵物体听上去像科幻小说里的才会有情形。但事实上，一种名为“脑机接口”（Brain Computer Interface，BCI）的技术就可以实现这一过程。脑机接口在人脑与计算机等外部设备之间建立直接的连接通路。通过采集大脑皮层神经系统活动产生的脑电信号，经过放大、滤波等方法，将其转化为可以被计算机识别的信号，再进一步转化为动物或人的相应的动作，这就是用“意念”操控物体的基本原理。这一技术在上世纪60年代就已经有科学家尝试研究，近年来已经成为一个研究热点。下面，小编将为你盘点2016年几项重要的脑机接口研究。

Nature: 植入式大脑微芯片让瘫痪病人手臂重新活动

4月13日，Nature杂志上发表了来自于美国范斯坦医学研究所的一项研究。研究小组在一位四肢瘫痪的病人中实施移植康复技术，使瘫痪患者的手臂重新活动。

研究人员首先在患者试图做手部运动时对其大脑进行功能性磁共振成像。从而确定运动皮层的精确区域。然后在患者大脑中植入芯片，当患者想移动手时，运动神经信号被翻译成电脉冲，来驱动他手臂上的肌肉刺激电极，让手臂肌肉按照自己的意愿重新活动起来，完成抓握、转腕、搅拌等动作，甚至还能够玩游戏、弹吉他。此外，这项研究也加深了科学家对大脑功能的了解，即使患者瘫痪多年，但那些与运动相关的神经环路仍然没有失去作用。

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Science Translational Medicine: 脑机接口让瘫痪病人重获触觉

10月19日，Science Translational Medicine杂志上发表了一项由DARPA资助的研究，研究小组使丧失触觉的脊髓损伤患者通过一个连接到机器人手臂的神经接口系统直接在大脑中体验触觉。

研究小组将四个微电极阵列植入患者大脑中。其中两个在运动皮层，两个在对应于手指和手掌感觉区域的感觉皮层。研究人员将这些微电极阵列引出的电线布到一支机器人手臂上。这支手臂包含了先进的扭矩传感器，可以检测到施加在任何一根手指上的压力，并将那些身体的“感觉”转换成电信号，由电线传输回患者大脑的微电极阵列中，来向他的感觉神经元提供刺激的精确模式。研究人员轻触了机器人的每根手指，在患者被蒙着眼睛的情况下指出被触碰手指的准确度将近 100%。

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Nature：脑机接口让瘫痪猕猴再次行走

11月9日，Nature杂志上发表了一项来自于瑞士、德国、意大利、法国、中国、英国和美国的联合研究。该研究小组队开发的一种无线大脑接口——它可以通过再现来自大脑的信号记录刺激腿部的电极，使脊髓损伤的猕猴能够行走。

研究小组首先绘制跑步机上行走的健康猕猴的电信号是如何从大脑发送到腿部肌肉的。然后在脊髓切断的猕猴身上再现这些信号。他们将微电极阵列植入于瘫痪的猕猴的大脑中，获取并解码与腿部运动相关的信号。这些信号被发送到位于低位脊柱的电脉冲发生装置，从而触发猕猴腿部肌肉运动，使瘫痪的猕猴再次行走。

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New England Journal of Medicine:脑机接口帮助ALS患者拼写词语和句子

11月12日，New England Journal of Medicine杂志发表了一项来自于荷兰乌特勒支大学医学院的研究。该研究小组利用新型大脑植入体使一名不能说话不能移动的肌萎缩侧索硬化（ALS）患者使用自己的思想与外界交流。

研究人员将携带两个电极的植入体植入到ALS患者大脑皮层运动区中。电极连接着安装在病人胸部的发射器，发射器可以与患者面前的计算机屏幕进行无线通信。计算机屏幕上有一个虚拟键盘和一个可移动的光标，当光标移动到患者想选择的字母上时，她通过想象右手点击了那个字母，让大脑发出运动的指令，而电极会收集这些信号，传递到发射器，然后传递到计算机和屏幕上。从而用意念来拼写单词和句子。

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参考资料：

Restoring cortical control of functional movement in a human with quadriplegia

Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex

A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates

Fully Implanted Brain–Computer Interface in a Locked-In Patient with ALS