他有一双仅靠思维就能控制的机械手

埃里克·戈·索托21岁时因枪伤颈部以下截瘫。现在他可以用他的大脑操纵机械手了。

这是索托十年来第一次独自喝水。他说，“这项研究对我来说意义重大。正如这项研究需要我一样，我也需要。这个项目改变了我的生活。”

"我真想现在就给每个人一巴掌。"

在加州理工学院、洛杉矶大学凯克医学院和米格斯国家康复中心的全力合作下，34岁的索托成为世界上第一个在大脑意识区植入神经修复设备的人，这使他能够用机械手平稳地挥动和喝水，甚至玩“石头、剪刀和布”的游戏。

运动皮层是大脑的运动中心。植入该部位的神经修复设备可以使瘫痪病人控制机械手的动作。然而，由现有神经修复技术产生的运动被延迟和停止——它们不像自然运动那样平滑和*。现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新方法，通过将神经修复设备植入大脑中负责控制运动的部分而不是产生意识的部分，可以形成更自然、更流畅的运动。

加州理工学院神经科学教授理查德·安德森、洛杉矶大学神经外科教授查尔斯·刘和米格斯国家康复中心的明蒂·艾森领导了一项临床试验，以检验这种新装置的安全性和有效性。

安德森和他的同事希望记录来自大脑运动皮层以外的区域的信号，即后顶叶皮层，这样神经修复设备就能帮助病人完成更多的运动。在早期的动物实验中，安德森的实验室发现，控制行为的内部意识就是在大脑的这个区域形成的。然后，这些意识将通过脊髓传递到运动皮层，然后传递到进行运动的四肢。

安德森说:“后顶叶皮层位于这个通道的前方，所以这里产生的信号对于行动计划来说比行动细节更重要，也就是说，我们到底要做什么。”。“当你移动手臂时，你不想移动任何肌肉或其他细节，但想想动作目标，比如我想拿起这杯水。因此，在这个实验中，我们要求受试者把这个动作作为一个整体来考虑，而不是把它分解成大量的组织部分，这样就成功地解码了这些实际意图。我们预测，患者将更有可能使用后顶叶皮层形成的信号，从而更平稳地完成运动。”

该装置于2013年4月在洛杉矶大学凯克医院通过手术植入索托的大脑。从那以后，加州理工学院和米格斯国家康复中心的研究人员一直在训练他用大脑控制电脑上的光标和机械手。训练终于成功了:机械手能够在意识的控制下移动。

索托已经瘫痪了10多年，他对训练结果非常兴奋。他说，“我没想到控制机械手会这么容易。我真想现在就给每个人一巴掌。”

将科学发现转化为实用的治疗方法

2013年4月17日，洛杉矶大学凯克医学院的外科团队在五小时内完成了史无前例的神经修复设备植入手术。刘和他的团队在后顶叶皮层的两个部分植入了一个小电极阵列，一部分控制着伸展，另一部分控制着抓握。每个电极阵列有4*4毫米的面积和96个电极，负责记录后顶叶皮层神经细胞的活动。这两个电极阵列通过电缆连接到负责处理神经信号的计算机系统，以解码大脑意图并控制输出设备，如计算机光标和机器人。

刘曰:“此阵极小，故阵势必甚准。加州理工学院的研究人员做了大量工作来确保我们能找到正确的位置。因为这是人类大脑的这一部分第一次被植入，手术的每一部分都不同于其他手术:定位、定位和仪器的使用方式。你知道，我们能做什么——记录大脑信号，解码信号，最后移动操纵器——完全取决于这两个阵列能否正常工作，这基本上是由手术决定的。”

洛杉矶大学神经修复中心的主要任务是为其合作伙伴创造一个独特的机会，将科学发现转化为实用的治疗方法。

“我们在克服神经疾病方面取得了巨大进步，”洛杉矶大学神经病学教授克里斯蒂安娜·赫克说。“这些非常重要的早期临床试验将给因中风、脑损伤、无症状甚至多发性硬化症而瘫痪的患者带来希望。”

"这个项目改变了我的生活。"

索托在植入16天后开始在米格斯国家康复中心训练。一台电脑直接连接到从他头骨伸出的端口，与他的大脑进行交流。康复小组帮助病人适应上肢的功能缺陷，并“重新设计”一种方法，使病人能够利用他们剩余的功能来完成任务。

安德森说，“我们很惊讶病人在试验的第一天就学会了如此快速地控制假肢。”

虽然索托很快就能通过思考来移动机械手，但他仍然花了很多时间来使他对机械手的控制更加精确。现在，索托可以用他的思维完成一些非常高级的任务，比如控制电脑光标、喝酒、挥手等等。

负责领导康复团队的艾森说:“我们通过新技术为病人提供高级康复训练，并利用人类神经系统固有的可塑性帮助他们更好地恢复神经功能。这项研究不仅包括使用机器人和人脑-机器接口作为辅助设备，还启发大脑以新的方式掌握功能。我们创造了一个独特的环境，在这个环境中，我们可以看到康复、医疗保健和科学之间无缝连接的例子。”

Sorto已经签署了一份合同，继续与项目团队的第三年工作。他说，这项研究激励他继续深造，争取获得社会科学硕士学位。

他说，“这项研究对我来说意义重大。正如这项研究需要我一样，我也需要。这个项目改变了我的生活。”

安德森说，“对后顶叶皮层更好的理解将有助于研究人员改进未来的神经修复设备。我们的研究为研究大脑复杂的高级区域打开了一扇窗，因为我们必须与受试者合作，提高他们控制外部设备的能力。”

(小蝌蚪君是sciencedaily.com编译的。转载时请注明蝌蚪的出处。)