科學家研發(fā)大腦植入裝置 可意念探查物體

北京時間10月10日消息，據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站報道，一個國際研究小組近開發(fā)了一種大腦植入裝置，它可以讓猴子使用意念控制一條虛擬手臂去探查物體。這一裝置的出現(xiàn)代表了義肢技術發(fā)展一個飛躍，將來的患者將不再需要完全依賴視覺反饋，而是可以借助意念來進行很多操作。

　　這一小組由美國杜克大學的米格爾·尼古拉斯(Miguel Nicolelis)領導，他們將一個電極植入兩只猴子的大腦運動皮質(zhì)和軀體感覺皮質(zhì)內(nèi)。大腦運動皮質(zhì)是腦部負責管理軀體自主動作的區(qū)域，而軀體感覺皮質(zhì)是大腦內(nèi)負責處理軀體輸入信號的區(qū)域，尤其對觸覺敏感。

　　這兩只猴子接受了訓練，學會只借助其大腦來操縱一條虛擬手臂去探查計算機屏幕上出現(xiàn)的圖形。被植入大腦運動皮質(zhì)的電極會紀錄大腦中出現(xiàn)的運動指令意圖并將這一意圖傳達給虛擬手臂。而當虛擬手臂根據(jù)這一信號移動到圖形上相應位置時，一個反饋信號會被發(fā)送給猴子的大腦軀體感覺皮質(zhì)，從而提供一種虛擬的“觸覺”。

　　在一項特別設計的任務中，被試猴子能夠完成識別兩個外形相同的圖形的任務，其中一個在進行虛擬觸碰后會有虛擬“觸覺”信號激勵，而另一個圖形觸碰后不會有任何形式的“獎勵”。尼古拉斯表示，這一實驗證明，大腦可以在事實上沒有發(fā)生任何皮膚接觸的情形下完成對“觸覺”信號的識別。研究小組已經(jīng)將這一研究成果的相關論文發(fā)表在了近期的《自然》雜志上。

　　他說：“我們并不知道動物本身究竟得到了何種感知，但是能夠人為地將其大腦反應與一個虛擬手臂連接起來，還是非常令人興奮的。”

　　進行這一實驗的主要技術挑戰(zhàn)在于如何避免“感覺輸入”信號與運動皮質(zhì)產(chǎn)生的運動指令兩者之間產(chǎn)生相互干擾，因為負責記錄和接受反饋信號的電極是被植入于相關聯(lián)的腦組織中的。研究人員終采用交替進行信號記錄以及反饋記錄的方式解決了這一問題。每一過程分別耗時100毫秒，交替進行。

　　來自熱那亞意大利技術研究院的神經(jīng)科學家史蒂芬諾·潘薩里(Stefano Panzeri)并未參與這項研究，但是他對此進行了相關評論。他說：“這樣做會給感覺信號和運動信號之間的協(xié)調(diào)帶來一些制約。但是由于動物已經(jīng)學會如何使用這些信息，這顯示即便有這樣的這些制約，大腦仍然能夠進行有效的信息交換。”

　　另一位神經(jīng)科學專家，英國萊切斯特大學的羅迪戈·奎安-奎羅戈(Rodrigo Quian Quiroga)對此評論稱，這種雙向信號交流是邁向開發(fā)意念控制技術的關鍵一步。之前的類似嘗試都依賴視覺反饋，這對于義肢使用者來說是一種不太理想的方案。他說：“如果你想要夠到并抓住一只杯子，視覺反饋不能幫助你達到目的，只有觸覺感受才能告訴你究竟自己有沒有抓牢這個杯子，要是你沒有抓牢你自己卻不知道，你試圖拿起來時它就會掉下去。”

　　事實上，感覺信息確實是尼古拉斯團隊研究中力圖要包括進去的大目標之一，這也是整個“重新行走”項目的宏大目標。這個項目是一個國際聯(lián)合計劃，其目標是設計并發(fā)展一種“輔助外骨骼系統(tǒng)”，幫助那些嚴重殘障的人士重新站起來行走。

　　尼古拉斯說：“這一成果將在我們未來幾年內(nèi)即將進行的臨床應用上具有重要意義。”他希望在“重新行走”項目的幫助下，他的這一套大腦-機器互動平臺系統(tǒng)將能夠在2014年的巴西世界杯上進行展示，因為巴西正是尼古拉斯的家鄉(xiāng)。他希望將由一位四肢癱瘓的病人借助這套系統(tǒng)開出個球。