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我們常常對與生俱來的能力抱持一種理所當然的態(tài)度，比如，我們看得見、聽得到、摸得著，我們能跑、能跳、能說、能笑。

直到某一天，可能因為損傷或疾病喪失了某種功能，你才懊惱不已，甚至終其一生只為重塑曾經(jīng)擁有過的“那種平凡能力” 。

28歲的伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)在2010年的一次潛水事故中發(fā)生了嚴重的脊髓損傷(SCI)。脊髓損傷會損害感覺運動神經(jīng)回路，導致癱瘓、感覺功能受損和感覺功能障礙。

從2014年起，伊恩以一名臨床完全脊髓損傷患者的身份，參與了巴特爾大學和俄亥俄州立大學韋克斯納醫(yī)學中心的一項名為“神經(jīng)生命(NeuroLife)”的項目研究，該項目旨在通過腦-機接口(BCI)技術恢復他的右臂功能。

研究人員首先評估了伊恩的剩余手感覺功能(在沒有視覺反饋的情況下)。他無法感知脊柱C6以下神經(jīng)支配的皮膚的機械感覺刺激(臨床觸覺測定)。這種感覺障礙也存在于FES介導的物體抓取過程中。例如，參與者要么以偶然的機會進行操作，要么在沒有視覺反饋的情況下完全無法報告他是否握住了物體。這是一種嚴重的感覺障礙，進一步導致了運動功能障礙。

研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管伊恩的手幾乎沒有任何感覺，但當他們刺激他的皮膚時，一個小到他的大腦無法感知的神經(jīng)信號，仍然在進入他的大腦。

巴特爾研究中心的首席科學家Patrick Ganzer解釋說，即使在像Burkhart這樣被認為是“臨床完全脊髓損傷”的人中，也幾乎總是有幾束神經(jīng)纖維保持完整。

腦-機接口(BCI)技術就是利用這些無法被察覺的微小神經(jīng)信號，并通過將人工感覺反饋發(fā)回給參與者來增強神經(jīng)信號，從而極大地豐富了運動功能。

研究人員開發(fā)的設備，通過在伊恩皮膚上的電極系統(tǒng)和植入他運動皮層的小型電腦芯片工作。這個裝置利用電線繞過脊髓損傷，將運動信號從大腦傳送到肌肉，讓伊恩有足夠的控制力舉起咖啡杯，刷信用卡，玩電腦游戲。

“由于缺乏感官反饋，伊恩有時仍覺得自己的手很陌生。除非他密切注意自己的動作，否則他也難以控制自己的手。這需要集中精力，并使簡單的多任務處理(如在看電視時喝蘇打水)幾乎不可能完成。”Ganzer博士說：“我們正在把次知覺的觸摸事件提升為有意識的知覺。當我們這樣做的時候，我們看到了幾個功能上的改進。我們第一次恢復了參與者的觸覺，這是一個重大的進步。”

這項剛剛發(fā)表于《細胞》雜志的研究論文解釋了“如何能夠將這些信號提升到大腦能夠做出反應的水平”。

次知覺的觸摸信號通過觸覺反饋被人為地發(fā)回給伊恩。觸覺反饋的常見例子是來自手機或游戲控制器的振動，讓用戶感覺有東西在工作。新系統(tǒng)允許來自伊恩皮膚的次知覺觸摸信號通過人工觸覺反饋返回到他的大腦。

BCI系統(tǒng)的進步帶來了三個重要的改進。它們使伊恩能夠僅靠觸摸就能可靠地檢測到某些東西：將來它還可能會被用來尋找和撿起視野范圍外的物體。

該系統(tǒng)也是第一個可以同時恢復運動和觸摸的BCI，這種在運動過程中體驗增強觸摸的能力給了伊恩更強的控制感，讓他能更快地做事情。

最后，這些改進使BCI系統(tǒng)能夠感知在拿東西或撿東西時要用多少力——例如，在拿一個易碎的物體，如泡沫杯時使用輕觸，但在拿重物時使用更牢固的手柄。

“能從一個原本只可以單向控制手臂的設備中感知觸覺，真是太神奇了!”伊恩說。

研究人員表示，他們的長期目標是開發(fā)一個在家庭和實驗室都能工作的BCI系統(tǒng)。他們正在研發(fā)一種包含所需電極和傳感器的下一代套管，這種套管可以方便地安裝和拆卸。他們還打算開發(fā)一種可以用平板電腦而不是電腦控制的系統(tǒng)，使其更小、更便攜。