“復活”癱瘓的雙手

常聰

一名英勇的警探在一次執行任務的過程中受傷，科研人員利用先進的科技將其受損的身體部分用高科技部件來代替，并能由人的大腦借助計算機進行靈活操縱，于是，警探“滿血復活”。這本是近期即將上映的某科幻電影中的橋段，但近期來自美國的研究卻提示，這種情景并非異想天開。

用意念點開電郵

一名四肢癱瘓的患者在脊髓損傷3年后，大腦皮層仍然能夠發出清晰的運動指令，醫生通過手術為他植入了含96個微電極的感受器，通過神經界面系統解碼后，大腦可以模擬鼠標點開電郵或打開電視，甚至是在談話期間也能完成這些指令。

別懷疑，上面描述的場景已經真實發生。美國麻省總醫院的研究者Hochberg等第一次在臨床試驗中驗證了這個神經界面系統的效果，在動物實驗中積累了一定經驗后，2006年《自然》雜志發表了這一成果。

研究者大膽假設，如果通過解碼，能將大腦給出的指令轉化成實際操作機器臂或假肢的命令，則可以完成更多的動作，使得癱瘓患者獲得更多的自理能力。

這套神經界面系統已被命名為BrainGate，字面意義是“大腦之門”。人的神經系統可以看作一個非常精密的智能控制系統。若人要完成某一個動作，比如拿東西，大腦作為中樞神經系統的最高級中心，首先要給出相應的指令，通過神經元和突觸，將這些信號通過電勢電位的轉移，傳導到相應的效應部位，即手和手臂。手和手臂會配合完成拿東西的動作。

如果一個人遭遇疾病或事故，造成部分神經系統比如脊髓神經損傷，那么，傳導大腦指令的信號通路被切斷，在這個情況下，信號無法傳遞到效應部位，則動作無法完成。

“大腦之門”通過感受器接收大腦發出的與運動有關的信號，繞過人體受損的信號傳導通路，通過計算機將其解碼成能被終端效應器理解的控制信號，借助外部機器完成相應的動作。沒錯，通過芯片，被關閉的信號傳輸之門被重新打開。

2012年， Hochberg等再次在《自然》雜志發表報告，使用同樣的“大腦之門”，他們可以使2名長期四肢癱瘓的患者操縱機器臂完成三維的拿和抓的動作。

通過神經界面系統記錄大腦運動皮層的活動信號，癱瘓患者可以發出意念，可實現移動電腦光標或者操作義肢完成擰瓶蓋、喝咖啡等二維和三維動作。這個技術可幫助因卒中造成的癱瘓、肌萎縮側索硬化癥（ALS）以及脊髓損傷的患者。在同期發表的評論中，專家認為這項技術是幫助部分殘障人士實現與外界交流活動的可行策略。不過研究者表示，該技術仍然有需要改進的地方，因為目前所完成的動作速度還很慢而且不夠精確，因此還需要改進解碼的算法。

癱瘓患者的“奢望”

報告中的一名嘗試者在5年前接受了電極感受器植入，他現在可以使用機器臂完成拿瓶子喝咖啡的動作。上面這些成果預示著，四肢癱瘓的人即便在癱瘓多年后，仍然有機會借助一個微小的植入式感應器和“大腦之門”，通過機器臂找回部分活動能力。

研究者們不會僅滿足于通過機器臂或假肢來實現自理能力，他們的終極目的是幫助癱瘓人士實現對癱瘓部位的運動控制。于是他們大膽提出，將“大腦之門”技術與功能電刺激（FES）技術結合起來。FES技術是一項比較成熟的技術，主要用于癱瘓患者恢復手或手臂的部分功能。該技術通過在患者的患肢植入電極，通過電腦發出電信號讓相應肌肉收縮，從而完成伸手拿東西等簡單的動作。研究者希望，通過BrainGate系統實時解碼大腦發出的活動信號，轉變成控制肌肉的電信號，再通過FES技術實現肌肉活動，最終繞過受損的神經信號傳導通路，重建癱瘓患者的活動能力、社交能力以及基本的生活自理能力等。

近日，美國凱斯西儲大學及其附屬醫院宣布，將開展一項臨床預試驗，驗證BrainGate技術與FES技術聯合，是否可以使癱瘓的患者重建部分運動功能。在試驗中，研究者會通過植入感受器收集患者的大腦信號，傳送給上述神經界面系統；該系統將分析收集到的大腦信號，將其解碼、轉化為控制患者肌肉活動的電信號，通過植入手臂的電極控制肌肉收縮從而完成動作。

目前該研究還處于患者招募階段，研究將驗證該技術的實用性和安全性。

在人們為已經取得的進步而歡欣鼓舞時，《自然》雜志配發的評論提醒人們，這樣的技術仍然有待完善，進入臨床實際應用尚有很多問題需要解決。例如，長期的電極植入是否會增加植入位點周圍瘢痕組織的形成危險；若要完全實現自然狀態下的運動反射，還需要保證感受器到大腦的神經傳導通路暢通，即感知器官將外界信息傳輸回大腦的通路等。

另外，該技術在研發的過程中曾因資金問題而一度停止。因此，專家推測未來限制其臨床應用的最大阻礙有可能是經濟因素。病人的需求會非常多樣，如何制造出能夠滿足多樣化的需求，同時商業上也可被接受的產品，仍是一個巨大的挑戰。

倫理的覺醒和掙扎

在BrainGate系統最初發布的時候，權威雜志《科學》在肯定其科學價值的同時也指出了神經科學發展伴隨而來的社會問題。比如持續微弱電流存在于大腦可能影響注意力、學習、記憶、決策能力以及情緒，甚至可能影響視覺、反應時間甚至社會行為等。

《科學》雜志還指出，神經科學研究一直是美國軍方非常關注和愿意投入的領域。2011年五角大樓對神經科學的投入超過3.5億美元。在科幻電影里，軍方利用技術制造出更強大的戰士，而這些超級戰士終將面對自己內心人性的覺醒和掙扎。倫理學專家們呼吁，應該用相關的法律和規范來約束這類技術的應用和拓展，以保證其能真正用來維護全人類的福祉。

霍金：用眼球指揮電腦

BrainGate畢竟還在試驗階段，在更好的技術被成功應用之前，癱瘓患者最好的情況，是依靠集成多種功能的電腦來實現與他人的溝通。

物理學家霍金的那部電腦讓人印象深刻。霍金患有肌肉萎縮性側索硬化癥，幾乎全身癱瘓，后來又因為實行氣管造口手術而失去語言能力。

多年前，霍金的手指還能活動，他可以用手指操控電腦，后來，他的手指失去活動能力，工程師就為霍金設計了一種利用眼球運動來發出指令的計算機系統。

霍金利用眼球的上、下、左、右移動發出指令，從而控制計算機的開關、開啟程序及進行文字處理。霍金的眼鏡上安裝了負責偵測肌肉活動的紅外線發射器及偵測器，譬如他想打招呼，說聲“你好”，他先以眼球控制紅外線感應器，選定在屏幕上輪流出現的英文字母，當計算機出現他想要的“H”時，霍金再動眼球，這樣計算機就會不斷顯示以“H”為字頭的英文字，當“HELLO”出現時，他又動一下以選定這個字，當他造句完畢后，才把句子傳至合成器發聲。endprint