脑机接口可使脊髓损伤瘫痪患者重获触觉

一种新型脑机接口不仅可以让瘫痪患者的手正常移动，还可以恢复触觉。这项研究的论文于 2020 年 4 月 24 日发表在顶刊 Cell 上。该研究由俄亥俄州私人非营利性应用科学技术开发公司巴特尔纪念研究所（Battelle Memorial Institute）和俄亥俄州立大学的研究人员共同开发。

研究主要针对脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）患者，脊髓损伤（SCI）往往导致肢体瘫痪、大小便失禁及性功能障碍。使用脑机接口（Brain-computer interface，BCI）可以让瘫痪的肌肉“复活”，并单独增强运动功能。研究证明，脑机接口可以放大患有脊髓损伤病人手上残余的触摸信号，传递给大脑，以帮助患者恢复运动功能和触觉。

使用者通过脑机接口设备，让自身的感觉和运动事件可以被脑机接口设备解码，并实现感觉运动恢复。同时，患者的控制力、感觉及运动功能均可增强（如下图）。该发现拓宽了脑机接口在 “恢复” 功能上的应用范围。

图丨手臂和手上的皮肤刺激引起颈脊髓损伤患者对运动皮层（M1）的强烈神经反应（来源：上述论文）

脑机接口：人脑与机器的双向沟通

脑机接口，即实现大脑与机器互联沟通的技术。若将大脑的功能粗略分类，可以概括为感知世界（如视觉、听觉等感官）、肢体运动（如四肢运动、眼动、说话等）以及其他更加内源性的功能（如决策、记忆、情绪等）。

除了大脑这个“中央处理器”，为了实现感觉和运动功能，神经系统还需要如视网膜这样的探测器 、神经肌肉接头（Neuromuscular Junction ，运动神经元轴突末梢在骨骼肌肌纤维上的接触点）效应器 、以及脑干脊髓这连接大脑与外周探测器的链路系统。

在许多疾病和意外中，遭受损伤的多是外周的探测器效应器和链路系统，而大脑的正常功能并未受影响。此时，如果用人工假体等替代原有受损部位的功能，并与大脑连接起来，这些运动与感觉功能的缺失将会被重建。

（来源：Pixabay）

其中的难点在于如何与大脑连接，如何用大脑听得懂的语言向其发送信息，又如何解读大脑传递出的信息，这是脑机接口技术所要解决的问题。此外，除了对感官和运动的重建，任何由外源设备对大脑信号的干预或解读，都会利用到脑机接口技术。

脑机接口的重建功能主要分为两类：1）读取型脑机接口，读取、解码神经信号，主要应用在运动功能重建。2）刺激型脑机接口，将人工假体所探测到的信号编码写入神经系统，主要应用在感觉重建。在作用方式上也分为侵入性、半侵入性和非侵入性三种，区别在于是否将其植入大脑皮层参与运行。

此外，也有既可读取又可写入信息的双向脑机接口 ，除了可以实现运动与感觉之间的相互反馈，还可以干预更多脑功能，如对记忆的储存和增强。脑机接口领域的绝大部分研究工作是针对读取型接口展开， 因为问题复杂度更低，未知伤害更小，信号采集和算法工具更多，更易于开展动物实验。

脑机接口商用小荷初露

2016 年，“脑科学和类脑研究”已被列入“十三五”规划纲要，核心问题包括脑与认知、脑机智能和脑健康，这将大大推动脑机接口技术及应用的发展。

脑机接口的医疗应用主要分为两个方向，分别是 “强化” 和“恢复”，现阶段以恢复类为主，因为更易实现。

“强化”方向主要是指将芯片植入大脑，以增强记忆、推动人脑和计算设备的直接连接。这就是所谓的 “人类增强”（Human Intelligence，HI）。浅层次的研究是脑机单向，更深一层次的将是机脑双向。目前，在做“强化” 方向的主要包括 “钢铁侠” 马斯克创办的 Neuralink 以及获得 1 亿美元投资的 Kernel。

（来源：Neuralink / YouTube）

“恢复”方向主要是指可以针对多动症、中风、癫痫等疾病以及残障人士做对应的恢复训练，采取的主要方式是神经反馈训练。这一方向在全球的一些医院、诊所、康复中心中已经得到应用，也有不少创业公司在做这方面的可穿戴设备。

具体来说，脑机接口技术可以帮助患者和用户实现：

与周围环境进行交流：BCI 机器人可以帮助残疾人使用电脑、拨打电话等；

控制周围环境：BCI 机器人可以帮助残疾人或老年人控制轮椅、家庭电器开关等；

运动康复：BCI 康复机器人可以帮助残疾人或失去运动能力的老年人进行主动康复训练，BCI 护理机器人可以从事基本护理工作，提高残疾人或老年人的生活质量。

重获肢体能力：基于 BCI 机器人的义肢可成功帮助肢体残疾的残障人士重新获得肢体控制的能力。

重获缺失的感知能力：除了通过思维控制一些设备之外，有望帮助部分丧失的感知能力的人群再次获得感知能力，比如视觉、听觉和触觉等。

例如，人们正面临着年龄或其他原因导致的神经 / 精神功能障碍疾病的威胁，这些疾病包括中风、老年痴呆、帕金森病、抑郁症及意外事故（如交通事故）引起的四肢瘫痪或缺失，如肌萎缩侧索硬化症（ALS）和脊髓损伤（SCI）患者，通常会退化到所谓的“闭锁“（Locked-in）状态而彻底丧失与外界通信联系，脑机交互就可以成为他们与外界交流的可能途径。

又如中风患者的运动功能康复，已有证据表明，基于脑机交互的康复模式较传统的康复模式更为有效。

脑机交互技术还可以用于精神疾病治疗。研究显示，脑机交互训练可以对小儿多动症、情绪紊乱等病症有一定的治疗作用，而且对一些使用药物无效的病人也有帮助。目前这一领域的研究者认为，脑机交互的操作制约功能以及大脑的可塑性在其中起到了重要作用，特别是意识障碍患者，他们由于严重瘫痪，无法说话，没有与外界交流的通道，脑机交互技术基于脑信号，能够建立这类病人与外界的直接通信渠道，可以用于这类病人的辅助诊断与康复。

目前，国内也涌现出多家脑机接口技术企业，沈阳新松机器人（机器人：300024）、BrainCo、义乌哈工亿脑科技有限公司、西安臻泰智能科技有限公司、北京脑陆科技有限公司等均为从事脑机接口产品研发的企业。

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发布媒体：好百科 作者：DeepTech深科技