如果某一天你早上醒來(lái)，發(fā)現(xiàn)自己雖然思緒無(wú)比清楚，但突然頭眼手腳都不能動(dòng)彈，甚至連聲音都無(wú)法發(fā)出，你會(huì)不會(huì)覺(jué)得孤獨(dú)而又絕望？這種正常人難以名狀的痛苦，卻是癱瘓者和截肢者們的每天的真實(shí)體驗(yàn)。
能不能依靠科技，解讀大腦意圖、為身體失能的人們重建運(yùn)動(dòng)功能？這些領(lǐng)域如果取得任何突破，都將給失能者帶來(lái)巨大的希望。
科技界的遺憾與轉(zhuǎn)機(jī)
據(jù)恢復(fù)高考后第一批留學(xué)生回憶，在80年代美國(guó)領(lǐng)事館的墻上同時(shí)懸掛了'航天飛機(jī)飛上天'和'癱瘓病人站起來(lái)'這兩幅宣傳畫(huà)。攀登這兩個(gè)科學(xué)高峰，一直是全世界科技工作者的共同理想。到了30年后的今天，航天飛機(jī)已經(jīng)功成身退，但在拯救失能的戰(zhàn)場(chǎng)里人們還遠(yuǎn)未做到披荊斬棘。這不能不說(shuō)是一個(gè)遺憾。
但就在最近，神經(jīng)科技工作者們攜帶一批最新成果，在拯救失能這個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)上重新披掛上陣。幾大著名媒體連續(xù)撰文披露了幾項(xiàng)前沿進(jìn)展，包括通過(guò)腦電信號(hào)解讀大腦意圖、通過(guò)振動(dòng)皮膚讓假肢擁有“觸感”，以及用仿真神經(jīng)元讓尸體動(dòng)起來(lái)。
讓我們來(lái)看看，科技界指出了哪幾個(gè)大開(kāi)腦洞的新方向。
腦是“包工頭”，不是“搬磚工”
聽(tīng)懂大腦的意圖，是第一道關(guān)卡。在技術(shù)上我們不可能把大腦當(dāng)中幾十億神經(jīng)元全部抓取監(jiān)聽(tīng)，所以人工獲取的大腦信號(hào)是不完全的。更棘手的是，如果采用非植入腦機(jī)接口（如腦電圖），則大腦信號(hào)還會(huì)被體液和骨骼皮膚阻擋，所以信號(hào)還會(huì)失真。在這種情況下要想識(shí)別出人腦的真實(shí)意圖，其難度好比在吵鬧的菜市場(chǎng)傳遞悄悄話(huà)。所以，通過(guò)腦電信號(hào)重建身體功能的一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，就是如何在有限的信息量和侵入程度下識(shí)別出人的運(yùn)動(dòng)意圖。
幸運(yùn)的是，如果找對(duì)了大腦對(duì)應(yīng)的區(qū)域和信息的關(guān)注點(diǎn)，把菜市場(chǎng)中的悄悄話(huà)給聽(tīng)出來(lái)也并非不可能。神經(jīng)科學(xué)就為解決這個(gè)問(wèn)題指出了方向，研究者們發(fā)現(xiàn)有些大腦皮層區(qū)域編碼的是相對(duì)宏觀的運(yùn)動(dòng)目的，比如“我想拿杯子”，而不是發(fā)出細(xì)枝末節(jié)的指令，比如“肱二頭肌加力30%”。國(guó)內(nèi)在這個(gè)方面具有影響的包括中科院神經(jīng)所崔翯老師課題組[1]。
《自然》（Nature）雜志在2018年3月8日發(fā)表了一篇名為《意識(shí)的力量》（The power of thought）的報(bào)道[2]，介紹了一系列利用腦電信號(hào)解讀大腦意圖，控制肌肉運(yùn)動(dòng)，代替癱患者完成運(yùn)動(dòng)或重塑大腦功能的研究。比如來(lái)自美國(guó)休斯敦大學(xué) Contreras-Vidal 研究組為一名下肢癱瘓者植入了顱內(nèi)電極，利用腦神經(jīng)元的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼機(jī)器人 。研究者不斷提醒患者“不要思考太過(guò)具體的動(dòng)作，而更應(yīng)該關(guān)注自己運(yùn)動(dòng)到達(dá)的地方”。而患者也有同樣感覺(jué)，如果想著“我想要這杯咖啡”這種宏觀指令，那么連走路都會(huì)更加容易完成。
圖片來(lái)源：Nature
在人機(jī)融合的探秘過(guò)程中，針對(duì)腦神經(jīng)控制的基礎(chǔ)研究永遠(yuǎn)是解鎖的秘鑰。認(rèn)識(shí)到人腦是組織運(yùn)動(dòng)的“包工頭”，而不僅僅是控制肌肉的“搬磚工”，對(duì)于人機(jī)融合而言是一個(gè)重要的啟發(fā)。
未來(lái)假肢手將不再“麻木無(wú)感”
在2016年舉辦的假肢佩戴者競(jìng)賽 Cybathlon 中，假肢佩戴者各顯神通完成一系列復(fù)雜的任務(wù)，十分精彩。其中拔得頭籌的截肢者鮑勃使用的是一種健側(cè)繩索牽引式假肢，這種假肢沒(méi)有任何傳感器，也沒(méi)有任何電子控制部件，可以說(shuō)是非常的“低科技”。
這種假肢在70年代由 Simpson 等人提出，名字叫做 EPP（延伸性生理本體感受假肢）。在使用的過(guò)程當(dāng)中，由于假肢手的觸覺(jué)可以傳遞到健側(cè)的肩部，所以佩戴者能夠辨識(shí)出觸碰到的物體是軟是硬。正因?yàn)橛辛诉@種替代感覺(jué)，所以這種“低科技”假肢反倒很好用。
實(shí)際上，假肢手的廢用棄用率居高不下，主要的問(wèn)題之一就是“麻木無(wú)感”。為了把假肢手與外界的互動(dòng)信息回傳至人體，研究者們提出了各種激動(dòng)人心的方法。比如在腦皮層植入刺激電極、在外周神經(jīng)埋入電極、震動(dòng)體表皮膚“映射”外界感受、以及在截肢殘端進(jìn)行無(wú)創(chuàng)電刺激等。
有了這么多將假肢手的感知傳遞給人的途徑，在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，我們將分辨不清工具和人的界限。
《科學(xué)-轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine）雜志 2018年3月14日也出爐一篇研究[3]，證明能通過(guò)震動(dòng)皮膚，把假肢手的觸碰感覺(jué)傳遞給佩戴者，顯著提升佩戴者的運(yùn)動(dòng)功能。這篇文章首次證明了“映射式”感覺(jué)反饋能夠顯著提高假肢手佩戴者的運(yùn)動(dòng)功能。這對(duì)于神經(jīng)感覺(jué)反饋的研究而言，無(wú)疑是非常振奮人心的消息。
人工造一個(gè)腦：
從弗蘭根斯坦到 Kleo
自然進(jìn)化賦予了人類(lèi)非同尋常的運(yùn)動(dòng)能力。雖然波士頓動(dòng)力等黑科技企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)發(fā)布各種靈巧運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，但是人在運(yùn)動(dòng)中具備的靈活、抗擾、省能源、低帶寬等特性，機(jī)器人還難以望其項(xiàng)背。
人體運(yùn)動(dòng)之所以靈活高效，很大程度上要?dú)w功于神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)和控制。
連線(xiàn)網(wǎng)站（wired.com）2018年3月9日?qǐng)?bào)道了美國(guó)南加州大學(xué)兩位教授Sanger 和 Valero-Cuevas的'機(jī)器貓Kleo'研究[4]，采用仿真的神經(jīng)元讓一只名叫Kleo的機(jī)器貓得到正常步態(tài)。這兩位教授提出了一種新穎的仿生運(yùn)動(dòng)控制的途徑。他們?cè)谛酒蛘哂?jì)算機(jī)上仿真出類(lèi)似人體的神經(jīng)元，神經(jīng)元之間講的是神經(jīng)系統(tǒng)的通用語(yǔ)——神經(jīng)脈沖。這種系統(tǒng)能夠在不經(jīng)刻意雕琢的情況下，涌現(xiàn)出一些非常類(lèi)似人體的應(yīng)激現(xiàn)象，比如膝跳反射等。
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