神經信號“繞道”，讓癱瘓的手動起來！

文/林斯特

神經信號“繞道”，讓癱瘓的手動起來！

文/林斯特

在19歲時，美國小伙伊恩在度假游玩時不幸撞壞了脖子。這場事故使他頸椎第五節處的脊髓損傷，他因此癱瘓，也失去了幾乎全部的手部運動能力，自由自在的快樂生活從此一去不復返。但是現在，事情出現了轉機：最近，這位小哥成了新聞焦點，在視頻里，他用原本癱瘓的手順暢地完成了抓握瓶子、刷卡等一系列動作，甚至還玩起了“吉他英雄”的游戲。

讓伊恩重獲運動能力的，是一套被科學家們稱作“神經旁路系統”的新型設備。通過它，美國巴特爾紀念研究所的研究者們繞過伊恩受損的脊髓，在大腦和手臂之間建立起了一條全新的信息通路。讓癱瘓者恢復控制自身肢體的能力，這是神經科學和神經工程上的一項重大突破。

運動控制的“司令部”位于大腦皮層，最終的“執行官”就是分布在身體各處的肌肉，而在這中間，脊髓又是神經信號的必經之路。脊髓發生損傷的時候，“神經高速公路”被截斷，神經控制信號也就無法傳遞了。這時候，盡管患者的肌肉和大腦都完好無損，但運動功能還是無法實現，這就會導致“截癱”。

脊髓的神經損傷很難修復，所以，想方設法地繞過它傳遞神經信號就成了科學家們研究的熱點。研究者們將植入式腦機接口與電刺激結合，實現了對癱瘓肢體較為精細的控制。為了建立起繞過脊髓的神經旁路，研究者們首先通過磁共振掃描在伊恩的左半球運動皮層上識別出了負責右手運動的區域，然后在這塊腦皮層上植入了一塊約有5毫米見方的電極陣列。陣列上均勻分布了96個探針電極，它們將電極附近的神經信號源源不斷地傳輸到電極后端的工作站上。經過工作站上“機器學習”算法的處理，患者的運動意圖被解讀出來，最后轉化成電刺激信號，通過貼在手臂上的電極刺激肌肉，最終就讓患者自己的肢體動了起來。

此項研究成果激動人心的一大亮點在于，這套系統不僅實現了簡單的手指運動，它還能讓患者掌握拇指屈伸、中指屈伸等單個手指的精細動作。有了這些控制上的細節，抓握瓶子、倒水、攪拌等動作都可以順利完成，這無疑為患者的生活帶來了極大的便利。玩起了吉他英雄的伊恩也向世人展示了NBS系統實現精細手指控制的能力。

NBS系統讀取大腦運動信號的部分采用了著名的猶他陣列電極，其長期植入的安全性和有效性都得到了一再證實。經過計算機實時處理，NBS系統作出的反饋也相當迅速。屏幕上每變換一個手部姿勢，伊恩都能很快借助 NBS系統隨之做出動作，腦部指令與手部運動幾乎可以實現同步實時進行。能夠迅速解讀并轉換來自大腦的復雜信號，這也得益于近十年“機器學習”領域的高速發展。

NBS 系統的處女秀也讓人對它的發展充滿期待。不過，要想讓更多不同的運動障礙患者受益，NBS 系統還需經歷多代的改進，才能最終推廣到更多的神經干預和神經康復治療中。