雙向腦機接口刺激大腦喚起觸覺

20日發表在《科學》雜志上的一篇論文中，美國匹茲堡大學康復神經工程實驗室的生物工程師團隊描述了一種新的腦機接口技術應用，即如何通過增加大腦刺激來喚起觸覺，從而使操作者更容易操縱大腦控制的機械臂。這種腦機接口不僅依賴視覺，還模仿了觸覺，極大地提高了四肢癱瘓患者用腦控機械臂操縱物體的能力。

由腦機接口控制的假肢設備，可以從植入的電極測量與運動相關的大腦活動，并將其轉化為對機械臂的有意識控制，使一些癱瘓的用戶能夠恢復功能性運動。然而，腦機接口控制系統的使用是有限的，他們通常只依賴視覺線索，缺乏感覺到被抓住物體的關鍵感官反饋。

為了解決這個問題，研究人員在腦機接口上增加了一個傳入通道，以模擬手部皮膚的感覺輸入，從而形成了一個既能“讀”信息又能“寫”信息的系統。

這種雙向腦機接口可讀取大腦運動皮質的神經活動來控制機械臂。與此同時，機械手“皮膚”上的傳感器記錄了它所經歷的機械力，通過皮層內微模擬將它們傳輸回軀體感覺皮層，讓使用者感到觸覺感覺，就像是自己的真實知覺一樣。

這項研究的參與者內森·科普蘭是一名28歲的男子。他在十年前的一場車禍后參加了一項有關感覺運動微電極腦機接口的測試，并在體內植入了電極陣列。

此次，有了新的腦機接口后，通過電刺激提供觸覺反饋，他的一系列上肢評估的試驗時間大大縮短。這些評估涉及移動不同形狀的物體，例如將桌子右邊杯子里的紙片和塑料碎片倒進左邊的空杯子里。

在所有實驗任務中，與沒有提供觸覺反饋的腦機接口相比，他用機械臂抓住和轉移物體所需的時間減少了一半，時間中位數從20.9秒減少到10.2秒。

該研究的共同資深作者、匹茲堡大學物理醫學和康復系副教授羅伯特·岡特博士說：“即使恢復的是有限和不完美的感覺，人的表現也會有相當大的改善。要讓感覺更真實，把這項技術帶到人們家里，我們還有很長的路要走，但我們離再現大腦的正常輸入越近，這項技術就會越完善。”