“意念取物”能否成真？

    一位15年前因脑干受损，失去了活动和说话能力的女士，现在却能够运用“意念”举起咖啡杯，自己喝咖啡；另一位在2006年同样因为脑干受损，只有头部和眼睛能活动的男士，如今也可以通过“意念”抓起小球。这些并非科幻小说，而是将人类思维与机械相结合的最新科研成果。

    意念如何“取物”

    2008年，美国匹兹堡大学的科研人员将一个微电极阵列植入猴子脑部的运动区，采集多个神经细胞的放电信号，经过计算机的实时处理，转换成电动假肢的控制命令。经过一段时间的训练，这只猴子学会了用自己的大脑神经信号直接控制假肢的运动，抓取食物喂到自己的嘴里。这项在当时令瘫痪康复领域振奋的研究成果登上了当年的《自然》杂志。

    今年，美国西北大学范伯格医学院的研究小组借助一个人造连接，将大脑与肌肉相连，成功地使已经瘫痪的猴子恢复了较为复杂的手部运动能力。关于该研究的论文发布在4月18日的《自然》杂志上。该研究小组的米勒教授指出“利用这些神经工程学方法，我们可以了解大脑的一些重要生理学基础，并利用它直接将大脑与肌肉连接起来。这一从大脑到肌肉的连接或许有一天可用于帮助因脊髓损伤导致的瘫痪患者完成日常活动，获取更大的独立性”。

    继美国西北大学范伯格医学院的研究之后，5月16日，美国神经学家雷·霍茨伯格在《自然》杂志上发表论文表示，通过为两个几乎全身瘫痪的被试人员植入电极，使他们成功实现了只用大脑信号的指示就能控制机械手臂够到并抓起小球和装有咖啡的水壶。在这两名被试人员的大脑中植入电极后，他们能够伸手接触直径6厘米的小球，在超过200次的尝试中命中率达49%—95%；如果能够成功接触，有2/3的概率能成功抓取小球。其中一名被试人员还可以从桌子上举起瓶子拿到唇边，并通过吸管小口啜饮瓶中的咖啡。显而易见，虽然雷·霍茨伯格植入电极的方法在技术上取得了较大的成功，但是在操作的准确性上还不能如人的肢体一样达到100%的精确度。

    思维帽PK植入电极

    从上个世纪70年代以来，研究人员就一直尝试将思维与机械相结合。许多科学家都在试图用各种办法帮助残疾人和瘫痪病人运用自己的意念，通过电脑来控制机器。在过去的十多年间，由于神经学、心理认知科学、康复工程、生物医学工程和计算机科学等多学科领域的迅猛发展，使得人类利用脑信号通过电脑控制机械有可能成为现实。

    迄今为止，利用脑信号控制机械的人体实验，大多是采取头皮电极的方式获取脑神经信号。在2004年，两名美国科学家发明了一种镶满电极的“思维帽”，受试者只要戴着它，就可以凭借意念控制电脑，向电脑发出指令。这种“思维帽”嵌有64个电极，可以用来记录脑电波的活动，并且通过一种特殊的计算机软件，将脑电波转化为指挥电脑光标移动的指令，从而完成操作电脑的活动。与把电极植入脑部的方法相比，这项发明虽然不需要进行外科手术就可以使受试者用意念控制电脑，但信息采集的效果却比不上植入电极。

    然而，植入电极虽然能够更接近信源，更精确地反映脑部的电活动，但是植入电极作为一种有损伤的技术，由于技术和伦理等多方面的原因，目前进行人体植入电极的实验还比较少，更多的是利用动物来完成这样的实验。

    意念与机械的结合

    我们这里所说的“意念取物”，并不是指依靠意念移动物体的特异功能，而指人们将“意念”——神经信号传输给电脑，有效地控制机械臂抓握物体。也就是说，一个几乎全身瘫痪的人可以仅用他的大脑信号来指挥机械手臂完成抓握、伸手等动作，用机械代替人类手臂的正常功能。

    这种人脑与外界直接联系，来实现信息传递与控制功能的神经接口技术，是目前脑科学、康复工程、生物医学工程等研究领域的前沿热点之一。“意念取物”所依靠的输出型神经接口技术，通常也被称为脑机接口技术，它从生物神经系统活动（如人的意念）中提取出控制信号，用于控制计算机、假肢或其他电子设备。这种技术最大的特点是不依赖于脑的正常输出通路（神经及肌肉），而是直接实现大脑对外部环境的交流与控制。整个过程通常包含获取神经电信号、提取出神经信号的特征，通过电脑将信号特征转换为控制命令三个部分。

    那么，这两位失去活动能力的瘫痪病人，是如何实现“意念取物”的呢？科学家在肢体瘫痪的病人的大脑皮质区注入药片大小的一排电极。这种电极可以读取人类大脑所发出的神经信号，也就是我们所说的“意念”，神经信号通过电线发送到电脑，电脑再将这些信号转化为控制机械臂的指令，从而使机械臂完成人类所要完成的动作，比如上下左右的移动，或者抓握等动作。

    随着社会老龄化和交通事故所引发的神经损伤增加，运动障碍残疾病人的数量也呈现不断上升的趋势。尽管“意念取物”的神经接口技术目前还无法为瘫痪肢体提供100%可靠、高效和安全的替代操作，但是随着对人脑和人体工作机理的深入了解与认识，残疾人和瘫痪病人通过意念取物恢复运动能力也有可能成为现实，或许，研制出由人类大脑直接控制的假肢也不是遥不可及的梦想。

    新进展

    日前，美国著名学者Ed Boyden发明了一种研究大脑如何工作的新途径。他曾被《MIT技术评论》杂志评为“世界35位最具创新精神的35岁以下研究者”。他的研究结合了纳米、分子、光学等技术，希望建立能对神经回路动态特性和功能进行精准控制的神经界面。他和同事目前掌握了一种通过毫秒级的光脉冲，激活和抑制神经细胞活动的技术。这项创新技术目前已经得到了很广泛的应用。

    他在脑细胞中嵌入光敏蛋白基因，然后用植入的光纤选择性地激活或抑制特定的神经原。随着光的明暗变化，研究人员描绘出一幅大脑神经连接图，从而了解大脑是如何工作的。他和他的团队已经运用这种新方法，成功治愈了实验鼠的“创伤后精神障碍”，以及一些因为神经受损而导致的失明。

    有学者表示，这一技术不仅能被应用于了解大脑的工作机理，治疗癫痫等神经疾病，还有望应用于连接大脑与人工躯干。