2012 年,一組電極被植入到四肢癱瘓的Jan Scheuermann 的大腦左半球運動皮層,在那之后的一周以內,Jan 通過這組電極,用意念操控了義肢,在癱瘓 9 年之后,第一次成功地拿起杯子。
在那一次的實驗中,Jan 的機械手只能實現三個維度的活動,加上轉動手腕的四個維度,其實能夠實現的活動相當有限,研發團隊稱其為 7D (7 dimensions)。當然,這已經能夠讓她端起咖啡杯喝到一口咖啡,或者自己拿起一塊巧克力咬上一口,以及,令她成為一位備受關注的名人。
這只機械手的背后是1 億美元的研發投入,美國國防部高級研究計劃局資助了其中的一部分。Jan 的一口巧克力,對于大腦-計算機交互系統(Brain-Computer Interface,BCI)來說,卻是很大的一個進步。
如今,匹茲堡大學的研發團隊在原本的 7D 運動基礎上,為 Jan 的義肢增加了額外三個維度的運動。原本,Jan 的手指只能維持一個鉗子的形狀,進行物體的抓取。如今,她終于可以豎起“大拇指”了,抓取從小到大各種尺寸和形狀的物體也變得更為容易。
這個大腦-計算機互動界面能夠接收大腦發出的控制信號,傳輸到人造的外骨骼或者肌肉上,從而達到用意念控制義肢的目的。
接下來,研究者如果想將實驗繼續推進下去,需要的是更多解剖學方面的信息。這樣,他們才能夠把電極更準確地植入大腦控制不同運動的區域,從而令原本癱瘓的患者能顧實現更多維度的運動。不久之前,一組用研究蠕蟲神經系統的科學家已經成功模擬蠕蟲的大腦,控制了機器人的活動。在小鼠上的實驗看起來則更加有希望,科學家們通過神經電流刺激,令小癱瘓的小鼠能夠用自己的肢體再次行走,而無需借助外設機械義肢的幫助。
回到 Jan 的機械義肢上來,研究者們面臨的另一個問題是植入電極的安全性和合法性。
這個植入電極結構頗為復雜,其中有一小部分需要被置入顱骨。生產這一電極的公司 Blackrock 最近邀請到了布朗大學的工程師Ming Yin 加入研發。Ming Yin 設計了一種能夠通過無線連接的神經電極,在五米距離之內,每秒能夠傳輸 20000 個樣本信號,這項最新的研究成果發表在《神經元》雜志上。同時,還有一些公司正在研究能夠降解在人體內,減少移除痛苦的植入電極。
在 2012 年成為實驗志愿者之前,癱瘓多年的 Jan 的愿望只是能親手拿起巧克力咬一口而已。需要注意的是,在 Jan 能夠用意念操控義肢的同時,仍然有無數擁有同樣苦惱的患者還沒實現簡單愿望的機會。
只愿這項技術成熟的那一天再早一些到來。