视频：突破性研究：瘫痪患者用自己的想法移动机械臂

凯茜·哈钦森全神贯注地盯着轮椅前桌上的那杯咖啡。她头上的一个杯形圆顶为她的小型神经植入物供电，当她想着要拿起杯子时，它会捕捉到来自运动皮层的信号。慢慢地，机械臂开始移动。

肘部向前摆动，手腕转动，手指握住杯子。片刻之后，她喝了一大口咖啡——这是她 15 年前中风以来第一次在没有护理人员帮助的情况下喝咖啡。这一壮举是正在进行的神经接口系统临床试验的一部分，也是首次演示和首次发表的关于人们使用自己的脑信号控制机械臂的研究。这是神经科学和工程学的重大突破，有朝一日可以帮助瘫痪患者更独立地生活。

布朗大学工程学教授、麻省总医院神经学家 Leigh Hochberg 博士表示，脑控技术可以恢复像 Hutchinson（患者 S3）这样的患者的交流、活动能力和独立性。“我们希望提供一种技术，将直接从脑信号解码的移动意图转化为控制辅助设备或假肢的命令，”他说。

该团队之前的研究证明，瘫痪患者可以用意念控制电脑光标，去年秋天，杜克医学中心的神经科学家证明猴子可以用意念控制机械臂。这篇新论文今天发表在《自然》杂志上，表明它可以在人类身上发挥作用。据该研究的共同作者、领导 BrainGate 技术开发的约翰·多诺霍 (John Donoghue) 称，哈钦森植入该植入物已有五年时间。他说，植入物和她的运动皮层本身都有效这么久，这是一个令人鼓舞的迹象。

他说道：“脑中风后，她的大脑与四肢失去联系，十五年后，她仍然能够发出所有的神经信号。”

该技术距离广泛应用还有很长的路要走，但多诺霍和霍赫伯格在新闻发布会上表示，迄今为止该技术所取得的成功令他们感到鼓舞。

为了解读病人的想法，科学家们必须进行一系列训练来解码他们的神经信号。两名病人分别观看了两只机械臂——一只由德国 DLR 机器人与机电一体化研究所开发，另一只由 DEKA 研究与开发公司（也称为 DARPA 机械臂）开发。科学家们控制机械臂的运动，并要求病人想象自己做出同样的动作。

“这会在他们的大脑中引发一种电流模式，然后我们告诉机器人，‘这种模式意味着移动机器人’，”多诺霍说。“当人们想到移动时，他们的大脑会产生在我们看来像你真正移动时应该发生的模式，但当然不会发生任何运动。运动皮层似乎以正常的方式工作，即使在发生中风或脊髓损伤等事件多年后也是如此。”

58 岁的哈钦森因脑干中风而丧失了说话和颈部以下运动的能力。她偶尔会出现手臂不自主运动的情况，但这是无法控制的。另一名受试者是 66 岁的男性 T2，也因脑干中风而丧失了运动或说话能力。中风后，两名患者最初都患有闭锁综合症，只能进行轻微的眼部运动。霍奇伯格说，患者 T2 通过在大声朗读字母表时对单个字母做出反应来交流；哈钦森的恢复程度稍好一些，但颈部运动受限。

在解码患者的神经信号时，他们被要求用手臂伸出并抓住放在他们面前的泡沫目标。然后哈钦森也尝试了咖啡实验。那是在 2011 年 4 月 12 日，霍奇伯格说。观看下面的视频。就在两分钟之前，液体从吸管中流出。她脸上的表情说明了一切，霍奇伯格说。

论文指出，在四天的 158 次试验中，她使用 DLR 机械臂时，有 48.8% 的时间能够在规定时间内触及目标，使用 DEKA 机械臂时，有 69.2% 的时间能够触及目标。在使用 DEKA 机械臂进行的 45 次试验中，T2 触及目标的概率为 95.6%。

他后来说：“我只是想象着移动自己的手臂，然后 [DEKA] 手臂就会移动到我想要去的地方。”

德国航天中心和慕尼黑工业大学仿生学和辅助机器人负责人帕特里克·范德斯马格特 (Patrick van der Smagt) 表示，目标是使用具有直观动作的机械臂。他说，未来的迭代可以通过解读患者的更高层次意图来提高机械臂的自主性。

“从你收到的信号中，你不仅可以读懂动作，还可以读懂动作的意图。如果你朝杯子移动，很明显你想要去拿杯子，”他说。

退伍军人事务部和国立卫生研究院为这项工作提供了资金资助。

霍赫伯格说，最终的目标是研制出一种更小的、可能可植入的系统，让瘫痪患者或肢体丧失的人能够完全控制自己所处的环境。

“真正的梦想是有一天将大脑与肢体重新连接起来，将这些强大的信号从运动皮层传送到周围神经。瘫痪者将能够用自己的肢体伸手拿起咖啡杯，这是他们自己的意愿，”他说。