圖1：在2010年遭受嚴重脊髓損傷后，伯克哈特在他的運動皮層植入了微型芯片，將大腦電信號轉到電腦上控制手臂

網易智能訊4月29日，據外媒報道，觸覺是我們感受外部世界不可或缺的感官，但許多人卻因脊髓損傷或因患病癱瘓而失去這種能力。不過，最近非營利組織巴特爾研究所的研究人員宣稱，他們首次利用腦機接口（BCI）技術幫助一名美國癱瘓男子恢復了手部觸覺。

這名男子名叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)，他在2010年參加潛水活動時發生事故，脊髓斷裂導致全身癱瘓。伯克哈特不僅無法走路，手臂的活動范圍也僅限于肩膀和二頭肌，幾乎完全失去了觸覺。

2014年，伯克哈特參加了巴特爾研究所的NeuroLife項目。該計劃是在伯克哈特的大腦中植入米粒大小的微型芯片，并用它來改善其手臂的運動范圍，并人工重建觸覺。現在，在開始這項研究六年后，伯克哈特已經能夠感覺到物體，并有足夠的手臂控制力，甚至可以玩《Guitar Hero》。

嚴重的脊椎損傷會阻礙來自大腦的信號，這些信號要求四肢移動并提供感覺反饋。研究人員發現，伯克哈特的大腦與其手臂和腿之間只有幾束脊髓纖維存活下來。領導這項研究的神經學家帕特里克·甘澤(Patrick Ganzer)說：“即使只有少部分纖維，也能在大腦中產生信號。只是這些信號過于微弱，患者感覺不到任何東西，手臂也無法移動。”

對此，甘澤等人提出了一個有趣的假設：從大腦中提取這些微弱信號，解碼它們的意思，并將它們傳遞到四肢，就可以繞過脊椎，重新將大腦和身體連接起來。問題在于，觸摸和運動的信號在大腦中顯得雜亂無章，因為每個動作都對應獨特的信號，而伯克哈特腦袋里的芯片每次可以接收大約100個不同的信號。

圖2：當伯克哈特想移動右手時，它會在大腦中產生電信號，由計算機處理，然后發送到前臂的電極上，刺激他的肌肉，使他能夠執行運動

為了實現上述設想，甘澤等人設計了復雜的設置，將伯克哈特的大腦連接到計算機上。運動皮層中的芯片通過頭骨后部的端口發送電信號，然后再通過電纜傳輸到附近的電腦上。軟件程序會解碼大腦信號，并將它們分離為與預期運動和觸覺相對應的信號。代表預期運動的信號被發送到環繞伯克哈特前臂的電極套，觸摸信號則被發送到他上臂周圍的振動帶。

起初，甘澤專注于在沒有觸覺的情況下恢復伯克哈特手臂的運動。短短幾個月，他的手就部分恢復了活動。不過，沒有觸覺反饋，伯克哈特抓握東西非常吃力，握力幾乎不受控制。

然而，給這套系統增加觸覺更加困難。為了梳理出與觸摸相對應的獨特信號，甘澤等人開始對伯克哈特的拇指和前臂進行有針對性的刺激。通過觀察當壓力施加在手上的大腦信號變化情況，研究人員能夠在更強運動信號的情況下識別出微弱的觸摸信號。

這意味著計算機程序可以將來自伯克哈特腦機接口的信號分開，從伯克哈特的手傳遞到大腦的微弱壓力信號可以轉化為振動，讓他知道自己正在觸摸物體。在測試中，伯克哈特可以近乎完美地準確地分辨出他何時觸摸到物體。

總結

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