2008年，美國匹茲堡大學的科研人員將一個微電極陣列植入猴子腦部的運動區(qū)，采集多個神經細胞的放電信號，經過計算機的實時處理，轉換成電動假肢的控制命令。經過一段時間的訓練，這只猴子學會了用自己的大腦神經信號直接控制假肢的運動，抓取食物喂到自己的嘴里。這項在當時令癱瘓康復領域振奮的研究成果登上了當年的《自然》雜志。

　　今年，美國西北大學范伯格醫(yī)學院的研究小組借助一個人造連接，將大腦與肌肉相連，成功地使已經癱瘓的猴子恢復了較為復雜的手部運動能力。關于該研究的論文發(fā)布在4月18日的《自然》雜志上。該研究小組的米勒教授指出“利用這些神經工程學方法，我們可以了解大腦的一些重要生理學基礎，并利用它直接將大腦與肌肉連接起來。這一從大腦到肌肉的連接或許有一天可用于幫助因脊髓損傷導致的癱瘓患者完成日?；顒樱@取更大的獨立性”。

　　繼美國西北大學范伯格醫(yī)學院的研究之后，5月16日，美國神經學家雷·霍茨伯格在《自然》雜志上發(fā)表論文表示，通過為兩個幾乎全身癱瘓的被試人員植入電極，使他們成功實現(xiàn)了只用大腦信號的指示就能控制機械手臂夠到并抓起小球和裝有咖啡的水壺。在這兩名被試人員的大腦中植入電極后，他們能夠伸手接觸直徑6厘米的小球，在超過200次的嘗試中命中率達49%—95%；如果能夠成功接觸，有2/3的概率能成功抓取小球。其中一名被試人員還可以從桌子上舉起瓶子拿到唇邊，并通過吸管小口啜飲瓶中的咖啡。顯而易見，雖然雷·霍茨伯格植入電極的方法在技術上取得了較大的成功，但是在操作的準確性上還不能如人的肢體一樣達到100%的度。

　　思維帽PK植入電極

　　從上個世紀70年代以來，研究人員就一直嘗試將思維與機械相結合。許多科學家都在試圖用各種辦法幫助殘疾人和癱瘓病人運用自己的意念，通過電腦來控制機器。在過去的十多年間，由于神經學、心理認知科學、康復工程、生物醫(yī)學工程和計算機科學等多學科領域的迅猛發(fā)展，使得人類利用腦信號通過電腦控制機械有可能成為現(xiàn)實。

　　迄今為止，利用腦信號控制機械的人體實驗，大多是采取頭皮電極的方式獲取腦神經信號。在2004年，兩名美國科學家發(fā)明了一種鑲滿電極的“思維帽”，受試者只要戴著它，就可以憑借意念控制電腦，向電腦發(fā)出指令。這種“思維帽”嵌有64個電極，可以用來記錄腦電波的活動，并且通過一種特殊的計算機軟件，將腦電波轉化為指揮電腦光標移動的指令，從而完成操作電腦的活動。與把電極植入腦部的方法相比，這項發(fā)明雖然不需要進行外科手術就可以使受試者用意念控制電腦，但信息采集的效果卻比不上植入電極。

一位15年前因腦干受損，失去了活動和說話能力的女士，現(xiàn)在卻能夠運用“意念”舉起咖啡杯，自己喝咖啡；另一位在2006年同樣因為腦干受損，只有頭部和眼睛能活動的男士，如今也可以通過“意念”抓起小球。這些并非科幻小說，而是將人類思維與機械相結合的科研成果。

　　意念如何“取物”

　然而，植入電極雖然能夠更接近信源，更地反映腦部的電活動，但是植入電極作為一種有損傷的技術，由于技術和倫理等多方面的原因，目前進行人體植入電極的實驗還比較少，更多的是利用動物來完成這樣的實驗。

　　意念與機械的結合

　　我們這里所說的“意念取物”，并不是指依靠意念移動物體的特異功能，而指人們將“意念”神經信號傳輸給電腦，有效地控制機械臂抓握物體。也就是說，一個幾乎全身癱瘓的人可以僅用他的大腦信號來指揮機械手臂完成抓握、伸手等動作，用機械代替人類手臂的正常功能。

　　這種人腦與外界直接，來實現(xiàn)信息傳遞與控制功能的神經接口技術，是目前腦科學、康復工程、生物醫(yī)學工程等研究領域的前沿熱點之一。“意念取物”所依靠的輸出型神經接口技術，通常也被稱為腦機接口技術，它從生物神經系統(tǒng)活動（如人的意念）中提取出控制信號，用于控制計算機、假肢或其他電子設備。這種技術zui大的特點是不依賴于腦的正常輸出通路（神經及肌肉），而是直接實現(xiàn)大腦對外部環(huán)境的交流與控制。整個過程通常包含獲取神經電信號、提取出神經信號的特征，通過電腦將信號特征轉換為控制命令三個部分。

　　那么，這兩位失去活動能力的癱瘓病人，是如何實現(xiàn)“意念取物”的呢？科學家在肢體癱瘓的病人的大腦皮質區(qū)注入藥片大小的一排電極。這種電極可以讀取人類大腦所發(fā)出的神經信號，也就是我們所說的“意念”，神經信號通過電線發(fā)送到電腦，電腦再將這些信號轉化為控制機械臂的指令，從而使機械臂完成人類所要完成的動作，比如上下左右的移動，或者抓握等動作。

　　隨著社會老齡化和交通事故所引發(fā)的神經損傷增加，運動障礙殘疾病人的數(shù)量也呈現(xiàn)不斷上升的趨勢。盡管“意念取物”的神經接口技術目前還無法為癱瘓肢體提供100%可靠、和安全的替代操作，但是隨著對人腦和人體工作機理的深入了解與認識，殘疾人和癱瘓病人通過意念取物恢復運動能力也有可能成為現(xiàn)實，或許，研制出由人類大腦直接控制的假肢也不是遙不可及的夢想。

　　新進展

　　日前，美國學者EdBoyden發(fā)明了一種研究大腦如何工作的新途徑。他曾被《MIT技術評論》雜志評為“世界35位創(chuàng)新精神的35歲以下研究者”。他的研究結合了納米、分子、光學等技術，希望建立能對神經回路動態(tài)特性和功能進行控制的神經界面。他和同事目前掌握了一種通過毫秒級的光脈沖，激活和抑制神經細胞活動的技術。這項創(chuàng)新技術目前已經得到了很廣泛的應用。

　　他在腦細胞中嵌入光敏蛋白基因，然后用植入的光纖選擇性地激活或抑制特定的神經原。隨著光的明暗變化，研究人員描繪出一幅大腦神經連接圖，從而了解大腦是如何工作的。他和他的團隊已經運用這種新方法，成功治愈了實驗鼠的“創(chuàng)傷后精神障礙”，以及一些因為神經受損而導致的失明。

　　有學者表示，這一技術不僅能被應用于了解大腦的工作機理，治療癲癇等神經疾病，還有望應用于連接大腦與人工軀干。