癱患者的福音：大腦控制的機械手臂誕生，能感受到每一根手指

一國外男子內森·科普蘭（Nathan Copeland）已經癱瘓在床十年之久，他的小臂和腿部完全沒有知覺，科普蘭根本沒有辦法讓自己的身體活動。

為了解決這種情況，科學家們在科普蘭的大腦中植入了一個電子晶元，並且以此來控制科普蘭的觸覺。電子晶元通過刺激大腦的某個部位，可以繞過科普蘭受傷損壞的脊髓，這樣就可以使湯普森產生感覺，並且可以移動身體。

研究人員還特地為科普蘭進行了一項測試，他們蒙住了科普蘭的眼睛，用機器人的手指來觸摸物體，在這些所觸摸的物體中，科普蘭的正確的猜對了84%的物品。

在不久的將來，癱瘓的人群將會通過一個由人的大腦控制的機器人手臂重新獲得知覺。再一次突破性的測試中，當人為的為機器人手指施加壓力的時候，28歲的科普蘭能夠清晰的感覺到自己的手指受到了擠壓。

美國的研究人員聲稱：「這次實驗，是全世界範圍內第一次對於製造具有感知的假肢的嘗試。」

這個微小的晶元叫做腦機介面（BCI），把這個晶元植入到科普蘭的大腦就可以有效的繞過他之前受傷損壞的脊髓，在這個電信號傳遞的過程中，通過這個電子機器人胳膊就可以產生感覺，並可以對其進行控制。

當來自匹茲堡大學和匹茲堡大學醫學中心（UPMC）研究人員蒙上科普蘭的眼睛的時候，用機器人手指來觸摸物體，在這些所觸摸的物體中，科普蘭的正確的猜對了84%的物品。

當對這些安裝機器人假肢的人的機器人手指施加壓力的時候，他們當中大多數人都會覺得手指有一種擠壓感或者是針刺的感覺。

當研究人員同時摸他的兩根手指的時候，科普蘭一下子就笑了起來說：「你們一定是在考驗我。」很明顯，他能清晰的感受到研究人員在同時摸他的兩根手指。

科普蘭在一次陰雨天氣駕車外出，不幸的發生了交通事故，在這次交通事故中，它被強大的衝擊力扭斷了脖子，脊髓受傷損壞，這也導致了他胸部以下的位置全部失去了知覺，不得不癱瘓在床。

此後他的生活完全不能自理，他的胳膊和腿完全沒有知覺，不能移動，他所有的日常生活都需要專門有人照顧。

這起事故發生的時候，科普蘭僅僅只有18歲，還在上大學一年級，他曾經非常努力的想要繼續完成他的學業，但是他的身體狀況不允許它再繼續學業，所以他不得不休學在家。

現在，十年過去了，經過科學家們的不斷努力，他這隻28歲的手又重新恢復了知覺。

來自匹茲堡大學的博士生弗萊舍和他的同事們在科普蘭的大腦里植入四個微電極陣列，而每個電極的大小大約只有襯衫紐扣的一半。

在正式的手術之前，研究人員利用了成像技術，對科普蘭的大腦進行了十分精確的分析，對每個位置具體應該控制哪根手指或者手掌都進行了詳細的測算。然後，科學家們將晶元植入了大腦中控制手指觸覺的部位，使科普蘭能夠擁有觸覺。

通過電極刺激這一部位，能夠繞過他受傷的脊髓部位的傳遞，通過這個電信號能夠使科普蘭右手的四根手指感受到壓力和溫度的變化。

這種被稱為皮層內微刺激技術，實際上就是利用電腦晶元電刺激神經，通過感知來重塑觸覺。手術之後，經過一個月的恢復時間，科普蘭終於又恢復了知覺。

手術一個月後，科普蘭說：「我現在能夠感受到我的每一根手指，10年之後重新獲得知覺，這真是一個神奇的感覺。」

他還表示：「這個機器人手指就像是我自己的一樣，我不但能夠有觸覺，甚至還能夠完成推東西等一系列簡單的動作。」

科普蘭現在能夠感受到壓力，並且在一定程度上能夠感受這些刺激的強弱，儘管他能夠對強弱有一個感知，但是這個機器人手臂還不能夠判斷出溫度是過高還是過低。

匹茲堡醫學院的神經生物學教授，研究的合作者安德魯·施瓦茨（Andrew Schwartz）說：「在這項研究中最重要的結論是：感覺皮層微刺激可以引起自然的感覺而不是刺痛。」

目前來講，這種刺激是非常安全的，而且能夠持續幾個月的時間，但是，現在還是需要進行更多的研究與嘗試來了解更多的刺激形式，並通過這些刺激來更好的幫助那些殘疾人恢復知覺和活動的能力。

大腦晶元是利用電刺激神經，重現觸覺的，儘管這項技術已經在動物身上顯示出了非常良好的效果，但是，在人類身上，如何讓這些人造的肢體像人真實的肢體一樣活動仍然是目前需要大力研究的方向。

觸摸是手的一個基本功能，儘管目前已經通過科學技術，利用腦機介面控制假肢，但是觸摸的感覺仍然是難以捉摸的。

該項目的整個研究團隊已經對這個腦機介面進行了超過四年的研究。他們試圖讓一個四肢癱瘓的女性通過大腦來操控機器人，與此同時，他們還希望讓一個已經癱瘓的男人，能夠產生觸覺，並且用手來撫摸他的女朋友。

但是，我們的胳膊移動並且和我們周圍的事物進行互動的方式並不僅僅是依靠人類的思考和簡單的移動正確的肌肉群而已。因為我們正常的手臂，通過觸摸可以輕而易舉的分辨這個東西到底是土豆還是西紅柿，而這絕不不只是依靠簡單的思考和肌肉移動就可以做到的。

我們從觸摸的感覺接收的恆定反饋才是整個過程的關鍵，因為這個反饋會告訴大腦我們的胳膊應該在哪裡移動和應該移動多少。

腦機介面的下一步就是要嘗試和發展這一種觸覺體系。由Blackrock Microsystems開發的微電極陣列及其控制系統以及由約翰霍普金斯大學的應用物理實驗室建造的機器人臂的結合，形成了我們現在所看到的機器人手臂。

Gaunt博士說：「目前所開展的一切工作都是基於大腦現存的功能，一些對於外界的自然反應，與此同時，大腦還存在一種能夠回憶起之前發生過，但是早已經過去的事情。」

Gaunt博士還表示：「我們最終的目標就是想要創建一個就像真實的手臂那樣的具有觸覺並且完全可以活動的機器人手臂。雖然，要達到那樣的目標還需要很長的路要走，但是很顯然，機器人手臂的誕生已經為我們開了一個好頭。」

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