大脑植入物让瘫痪病人恢复触感

匹兹堡大学研究员安德鲁·施瓦茨摇动由内森·科普兰控制的机器人手臂。资料来源:UPMC/皮特健康科学公司

在电极植入物的帮助下，瘫痪病人第一次获得了有限的触觉。电极植入物可以刺激患者的大脑，并使患者在机械臂的手指处感觉到类似压力的感觉。

这一进展提高了恢复身体各部分有限感觉的可能性，并使脊髓损伤患者能够更好地控制假肢。然而，研究人员表示，恢复类似人类的感觉，如感觉热或痛，将更具挑战性。

自从18岁那年的一场车祸打断了内森·科普兰的脖子，伤到了他的脊髓，他就无法感觉或移动他的腿和前臂。现在，大约12年后，当一只机械臂的手指被触摸时，科普兰终于有了感觉。这是因为手指上的传感器与科普兰大脑中的植入物相连。

"他说，这种感觉就像来自他自己的手."领导这项研究的匹兹堡大学生物医学工程师罗伯特·冈特说。

“我能感觉到每一根手指。这真是一种奇怪的感觉。”手术后一个月左右，科普兰告诉媒体，“有时感觉像电流，有时感觉像压力，但在大多数情况下，我能以一定的准确度分辨大多数手指。这种感觉就像我的手指被触摸或挤压一样。”

俄亥俄州凯斯西储大学的生物医学工程师达斯汀·泰勒认为，这是一个“重要而关键的进展”，是恢复瘫痪病人感官的一大步。

该项目的发起人，美国国防部高级研究项目署，在2015年9月披露了进展情况，但是相关工作的细节在今年10月12日发表在《科学转化医学》杂志上。

这项研究基于以前的结果:装有触觉传感器的假肢和连接截肢后残肢的神经使参与者能够感觉到压力和纹理。然而，在脊髓损伤患者中实现这一壮举更具挑战性，因为他们的四肢和大脑之间的连接已经被破坏或切断。

对因其他原因接受脑外科手术的病人进行的测试表明，身体感觉皮层，一个从身体其他部位接收感觉信息的大脑区域，可以被电流刺激产生触觉。然而，这些都是相对原始的努力。“人们形容感觉嗡嗡或振动，但这不是一件自然的事情，通常涉及多个手指。”匹兹堡大学的神经外科医生伊丽莎白·泰勒·卡巴拉是最新研究的合著者，她说。

相比之下，科普兰的体感皮层被植入两个微电极阵列(每个大约4毫米宽)，另外两个电极被放置在控制手和手臂运动的运动皮层。所有这些电极的电线从他的头部延伸出来，连接到电脑和机器人手臂上。

科普兰在植入设备4周后，当研究小组刺激大脑的感觉区域时，感受到了触觉。当机器人手臂的手指上的传感器接触到大脑中的电极时，他可以分辨出哪个手指受到了刺激，有时还能分辨出手指的哪个区域。

这篇文章描述了前6个月的经历，但是植入体已经伴随了Copeland 17个月并且反应保持稳定。泰勒-卡巴拉说，这非常令人鼓舞，因为它表明这些联系并没有随着时间的推移而改变，并且电流刺激不会损害大脑。

然而，这项研究仍有局限性。尽管科普兰报告说感觉到了最基本的类似压力的触摸，但它没有感受到运动、温度或疼痛。同时，他感觉不到机械臂的指尖或拇指。移动筹码或增加筹码可能会让你的手更敏感。然而，与压力感相比，运动感是由更难接近的大脑区域感知的。同时，与手相比，与脚等身体其他部位相对应的大脑区域也更难进入。

这些挑战可以通过开发带有更多电极的植入物或者使用可以植入大脑更深处的柔性材料来克服。科学家们也在研究植入物和假体指尖之间的无线连接。根据现有技术，每个额外的芯片需要更多的导线连接到大脑，这增加了感染的风险。

英国纽卡斯尔大学的神经学家安德鲁·杰克逊说，即使有了这些进步，机械臂仍然不可能获得所有的感觉。“健康人认为理所当然的那种灵活操作取决于他们手上的许多接收器产生的非常复杂的信号。因此，我认为从改善控制的角度来看，这些技术的使用可能受到限制。”

然而，杰克逊说，即使瘫痪或失去四肢的人恢复了最基本的触觉，这也将改变他们的生活。“如果一个人很多年都感觉不到自己的手臂，最新的研究将会对他与外界的联系产生很大影响。”(慢慢编译)