脑机硅谷前沿 | 脑机接口逆转瘫痪！实验者运动触觉双双恢复
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文|杜晨编辑|Vicky Xiao
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2010年因为一次跳水事故造成严重脊柱损伤 ， 导致四肢瘫痪 ， Ian Burkhart 差点以为 ， 自己这辈子都不可能再使用自己的双手和双脚 ， 脖子以下再也没有任何感觉了 。
但是 Burkhart 并没有没有放弃希望 。 自从受伤之后 ， 他一直在进行瘫痪复健 ， 但是对于效果不是很满意——直到有一天 ， 他听说了巴特尔纪念研究所的 NeuroLife 计划 。
2014年 ， 他参与了该机构和俄亥俄州立大学共同进行的一项前沿项目 ， 在大脑的运动皮层上安装了一个脑机接口 。
经过多年的研究和试验 ， 该团队终于实现了前所未有的重大突破 ， 首次成功在 Burkhart 的身上实现了瘫痪治疗领域的里程碑式壮举：
使用脑机接口、非侵入性义肢工具和机器学习技术 ， 首次 同时恢复了瘫痪者的运动功能和触觉 。
这项重磅研究 ， 于近日正式刊登在世界顶级权威学术期刊《细胞》上 。
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这篇论文中提出的方法 ， 首次在脑机接口上成功实时分离了人体神经的运动和触觉信号 ， 并将这些信号同时用于神经反馈和义肢操控 ， 在一名四肢瘫痪者的右手上实现了运动和触觉的同时恢复 。
通过这种信号分离 ， 脑机接口的工作效率获得了较大的提升 ， 现在 Burkhart 可以同时用右手控制多个物体 ， 整个右臂的功能也获得了显著的提升 。
研究团队使用了机器学习训练了一个信号处理算法 ， 能够可靠地检测瘫痪者神经系统中出现的 ， 极其微弱的深层知觉信号 ， 并且触发义肢上的震动反馈 ， 让 Burkhart 可以对细小的物品 ， 比如铅笔或牙刷 ， 获得准确的触觉 。
分离出来的触觉信号 ， 经过处理可以达到非常精确的水平 ， 能够控制义肢 ， 让 Burkhard 自由地调整右手的力量 。 整个系统也是自动化的 ， 在很大程度上解放了 Burkhart ， 让他不用一直看着自己的右手 ， 用大脑持续输出信号 。
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目前 ， 一些市面上的技术 ， 已经能够对不同程度脊柱损伤的瘫痪者 ， 实现不同程度上运动功能或触觉的恢复——关键在于“或”字 。 过去从来没有一项已知的研究 ， 能够同时恢复实时的运动功能和触觉 。
从这一角度来看 ， 巴特尔纪念研究所和俄亥俄州立大学维克斯纳医学中心共同进行的这项研究 ， 为瘫痪复健领域带来了迄今为止最为重大的突破 。
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解码残存的知觉信号
研究团队来自于巴特尔纪念研究所的 NeuroLife 项目 。 他们最一开始的设想 ， 是直接让脑机接口从 Burkhart 的运动皮层里读取信号 ， 控制多个设备 ， 恢复手部的运动和触觉功能 。
这种设计需要运动皮层本身能够从四肢等瘫痪的部位获得足够的信号刺激 ， 产生反馈 。 但问题是 ， 经过大量的手部触觉和运动刺激测试 ， Burkhart 的大脑往往无法作出相应的反馈 。
但是 ， 团队的进一步研究发现 ， 即使因为完全脊柱损伤（受伤部位以下运动和感觉功能完全丧失） ， 大脑皮层上的一些体感神经纤维仍然是完好的 。 当研究人员对 Burkhart 的右臂的不同部位（对应脊柱的高度高于或者低于损伤发生的位置）施加刺激时 ， 这些体感神经纤维仍可以感知到残存的信号 。
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