[开启意念控制机器的时代]意念控制训练

　　据美国国防部相关部门透露，美方正进行一项名为“阿凡达”的研究项目，打算在未来打造出能通过意念控制的机器人。众所周知，我们的一切思想、智慧与行动，归根到底都源于神经活动。那充满褶皱和沟壑的大脑皮层，是身体的最高指挥机关。在当前所取得的技术与知识的进展之下，脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。
　　“意念取物”获得突破
　　2012 年5 月16 日，来自美国布朗大学、退伍军人事务所等单位的研究人员公布了一项新成果——成功帮助瘫痪患者利用大脑思维控制机械臂。这一有关“脑机接口”研究的成果，发表在5 月18 日出版的英国《自然》杂志上，并被作为头条新闻进行报道。
　　实验于2011 年4月12 日完成。录像资料显示，时年58 岁的女子凯茜·哈钦森（Cathy Hutchinson，实验代号S3），利用意念驱动面前一只与电脑连接的机械臂，让其抓起桌上一瓶咖啡并递到自己面前。她利用吸管喝到咖啡，脸上露出兴奋的笑容。
　　众所周知，我们的一切思想、智慧与行动，归根到底都源于神经活动。那充满褶皱和沟壑的大脑皮层，是身体的最高指挥机关。其他部位的神经传送和执行，来自脑部的指令。而脊髓，是周围神经与大脑的通路。在一些情况下，很多瘫痪患者的大脑是好的，能够正常发出指令；只是传令通道或最终执行者那里出了问题。哈钦森就是这样的一个人，15 年前因为中风瘫痪，无法行动，也不能讲话，日常生活起居都需靠别人照料。在常人看来，用吸管啜饮饮料是一个很简单的任务。但是对她这样一位重度瘫痪的病人来说，近15 年来却无法完成。
　　这项实验由美国布朗大学、退伍军人事务部、马萨诸塞州总医院、哈佛医学院和德国航空航天中心合作进行。领导这项研究的是美国布朗大学脑科学研究所所长、布朗大学神经科学及工程系教授约翰·多诺霍（John Donoghue）和美国布朗大学神经生物工程学家利?霍赫贝格（Leigh Hochberg）教授。关于对这项新成果的评价，首席研究员雷·哈奇伯格（Leigh Hochberg）动情地说：“哈钦森第一次完成这个动作时是一个神奇的时刻。看到她使用意念控制机械臂拿起那杯咖啡，近15 年来第一次靠自己喝到咖啡。这是一个令人难以置信的幸福时刻。”
　　“大脑之门”正在开启
　　这项成果是一项大型科研计划——“大脑之门”（Brain Gate）的一部分。
　　“大脑之门”是一种“脑机接口”（Brain-computer Interface，简称BCI）系统，也就是将人类的大脑和机器连接起来的系统，最初是由布朗大学开发。“大脑之门”系统的芯片非常小，比一枚１美分的硬币还要小很多。芯片上有100 个电极，其中有96 个能够用于记录神经信号。
　　每个电极长1毫米，比头发丝还细，排成10×10 的阵列，电极间彼此相距400 微米。芯片放置在患者大脑皮层的第一运动区，这是控制自主运动的主要区域。一股13 厘米长的电线把芯片与一个钛制基座相连，基座固定在患者的头骨上。芯片记录的神经活动信号通过基座传输给外部设备。后者经过放大和解码，从神经活动中解读出病人的意愿，将之转化为指令，发送给电脑。如此一来，瘫痪病人就可以控制如计算机、轮椅和仿生肢体等外部装置了。
　　“大脑之门”早在2004 年，就被放入了一名24 岁的四肢瘫痪者的大脑运动皮层，帮助这位患者传递大脑信息，当时进行的这个首次植入人脑实验持续了9个月的时间，结果公布在《自然》杂志上。2006 年，大脑之门团队首获成功，一名四肢瘫痪者当时能够使用脑机接口系统控制计算机显示器上的光标。
　　而这一次的最新成果则属于“大脑之门2 期”（Brain Gate2）实验。两位测试者凯茜·哈钦森（Cathy Hutchinson）和罗伯特·维耶特（Robert Veillette实验代号T2）都已中风，大脑组织受损，脑部与身体之间的神经连接已经断开，所以他们四肢瘫痪，无法运动，无法说话，无法做一些常人可以做到的事情，例如伸手拿一杯水或刮一下鼻子。研究者的想法是绕过受损神经系统，将大脑直接与外部连接。这样，大脑信号虽然无法控制肌肉，但可以控制机器或设备。
　　该研究小组使用两种不同的机械臂进行了近两百次测试。其一是DEKA Arm系统，这是与美国军方合作研发的假肢，第二个是德国航空中心（German Aerospace Centre，DLR）研发的，作为外部辅助装备厚重机械臂。参与实验的两名瘫痪者，都能够使用意念控制机械臂拿起目标物体，成功率为43%到66%。
　　这一挑战的难点在于要解码来自病人神经接口植入端中的神经信号，然后将其转换成机器装置能读懂的数字命令，从而机器装置能执行准确的目标运动。当然，运动越复杂，解码工作也就越难。
　　实验中，两位身体完全瘫痪的病人利用他们的大脑信号直接控制机械臂运动，成功握住小泡沫球和咖啡瓶。这是人类受试者完成的首次成功意念操控。当然，“大脑之门”技术要进入临床运用，仍然有很多工作要做。“大脑之门”这一类的芯片必须植入人脑中才能详细探测神经元活动，这种手术复杂而且危险。就目前来说，植入的芯片必须与通过很不雅观的电线附属于一个微型计算机。因此，下一个目标是使系统不用电线。布朗大学的研究人员和犹他州黑石微系统（该公司生产植入芯片）的研究人员正在研发一个无线版本，目前正在进行动物测试。
　　多诺霍希望，最终植入的芯片能够直接对患者自身的肌肉产生电刺激，省去机械臂。这类实验已经在非人类的灵长动物身上显示出了潜力。研究人员希望，“大脑之门”技术10 年之内可以用于瘫痪和安装了假肢的人，并且在经济上让他们负担得起。最终，类似的技术也许能恢复不再工作的自然肢体的功能。
　　对脑机接口的研究已持续了超过30 年了。20 世纪90 年代中期以来，从实验中获得的此类知识呈显著增长。在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。在当前所取得的技术与知识的进展之下，脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。