《科学》讲述世界杯瘫痪少年开球背后故事

资料来源:PAULO WHITAKER/REUTERS/CORBIS

在巴西世界杯的开幕赛中，喧闹的圣保罗体育场默哀一分钟:一名瘫痪的青少年戴着大脑控制的机器人外骨骼，试图从轮椅上站起来，向前迈几步，开始世界杯。幕后的神经学家米格尔·尼科莱利斯也成为了焦点。美国达勒姆杜克大学的尼科莱利斯实验室是脑-机接口领域的先驱。研究人员通过手术埋藏电极来读取神经信号和控制机械臂。

尼科莱利斯将该项目描述为巴西科技进步和潜在实力的证明。他在那里建立并领导了纳塔尔国际神经科学研究所。巴西*为此拨款1500万美元。

但是从科学的角度来看，这个项目已经偏离了它的初衷。尼科莱利斯最初打算使用外骨骼来读取植入电极的信号，但最终他转向了非侵入式脑电图传感器帽。然而，这引起了许多批评家的怀疑，他们认为该系统的建立并不是真正的科学进步。批评者说，其他人已经开发出了原始的基于脑电图的外骨骼。更大的担忧是，这一事件将给瘫痪病人带来虚假的希望，并扭曲公众对这一领域当前发展的印象。

就在筹备开幕式的时候，尼古拉斯接受了《科学》杂志的采访。

这个展览的主要目的是什么？

我的主要目标是将我对科学的热情传播到全世界。我希望人们知道，像以足球闻名的巴西这样的国家也可以制造高水平的科学，高水平的科学可以通过全球合作在一个非盈利的财团中创造出来。

你想向科学界展示什么？

我们将展示一个非常漂亮的东西，我们为科学界展示的东西将在下面的论文中得到反映。但是我们还没有准备好接受同行评审。这是一个面向全世界的展览。

人们如何移动外骨骼？他们能控制它吗？

人们必须想象相关的动作，这些动作被转化成命令来指导外骨骼做出动作。这是我们早在2002年就发表的一个叫做共享控制的概念。一些高级指令是由大脑决定的，而低级动作是由机器人做出的。(高层决策包括)“开始行走”、“停止行走”、“加速”、“减速”、“向左、向右”和“踢球”

这个系统和其他外骨骼有什么不同？

有几个不同之处。我不知道其他外骨骼能被病人的大脑指令激活，并能移动、停止、踢腿和转身。

一个区别是我们所说的人造皮肤。当你的脚接触地面时，会产生一个信号波。信号波将通过包含小型机械振动设备的衬衫传输到设备。训练后，病人的大脑可以与其他腿部运动或与地面接触引起的振动结合起来。我们已经证实了病人大脑的可塑性。

相关反馈创建了一个更高级的控制回路，使他们能够更好地执行操作。除了完美的运动操作，他们还有一种更生动的感觉，不仅仅是一台机器，他们只是在做自己。

人们在户外的大脑信号与先前实验中的不同吗？

我们在圣保罗的实验室里做了一个虚拟现实室，他们在那里进行实验时会模拟一个足球场。我们加入了球迷的欢呼和闪光灯以及其他因素。如果你能在土耳其球迷(世界上最大声的球迷)的欢呼声中进行测试，那么巴西的观众只有小学水平。即使他们用尽所有巴西的力量尖叫，他们也无法接近土耳其球迷。我们测试过了。

当你最初计划使用植入式电极时，为什么要切换到脑电图？

在阅读了其他研究小组发表的侵入性测试后，我认为不值得冒这么大的风险。所以我们选择了脑电图，我们有一个更好的脑电图算法，这样它就可以做得比以前想象的更多。

有些人担心高调的示威会给公众带来不切实际的期望。

美国国立卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯参观了我的实验室。他喜欢这个主意。他说，在大型体育赛事中描述科学是一个好主意，它将给公众带来不同的东西，并向世界展示科学将做什么，以及我们对未来的期望。他在新闻发布会上说，他非常自豪和高兴地看到临床应用来自这里。我们还需要让我们的孩子热爱科学。我们需要给社会一种感觉，我们正在用纳税人的钱做一些事情。

你是否担心其他人无法理解病人控制外骨骼运动的程度？

不，因为我在巴西有一个非常开放的声音来展示什么是真实的，什么是目前可能的。世界上有2000万到2500万瘫痪病人，如果他们得到资助和支持，科学将能够为他们做些什么。如果我们现在开始，我们将能够在未来几年做一些事情。

你的团队的下一步计划是什么？

我们将休息两周，然后开始工作。我们有大量的数据，所以我们将写大量的论文并进行进一步的研究以获得更多的临床数据。

巴西将主办2016年奥运会。你有展示计划吗？

我们当然有计划。尽管我们的好朋友想知道这是什么，我们会在适当的时候宣布。我会让评论家们睡个好觉一个多月。(张张)

《中国科学新闻》(国际，第三版，2014年6月16日)