從這一講，修復(fù)。我來(lái)給你講講，大腦如何控制外部設(shè)備。
這個(gè)技術(shù)我們很熟悉，因?yàn)殡娪袄锾Ｒ?jiàn)了。像《鋼鐵俠》中，托尼·斯塔克用意念就能控制戰(zhàn)甲，動(dòng)作非常自如。
那《鋼鐵俠》這樣的技術(shù)和腦機(jī)接口能修復(fù)人類身體機(jī)能有什么關(guān)系呢？這是我在這一講要回答的問(wèn)題，也是金字塔第一層，修復(fù)。
所謂修復(fù)，最開(kāi)始科學(xué)家就是想讓機(jī)器替代人類身體的一些機(jī)能。你可能已經(jīng)想到了智能義肢，沒(méi)錯(cuò)，這就是一種替代，給截肢的人裝上機(jī)器假腿，讓他們重新行走。
但今天，我會(huì)從大腦控制外骨骼講起，告訴你為什么應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)，修復(fù)身體這件事和電影想象的特別不一樣。
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如果你對(duì)“外骨骼”這個(gè)詞有點(diǎn)陌生，你可以想象，外骨骼就等于現(xiàn)實(shí)中的鋼鐵俠里的戰(zhàn)甲，樣子會(huì)簡(jiǎn)陋一點(diǎn)，功能也沒(méi)有那么強(qiáng)大。
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2014年巴西世界杯開(kāi)幕式，青年利亞諾·平托（Juliano Pinto）就是穿了這樣龐大、笨重的機(jī)械戰(zhàn)甲，踢出了當(dāng)年世界杯的第一球。
2014年巴西世界杯開(kāi)球
雖然，當(dāng)時(shí)踢球動(dòng)作只持續(xù)了2秒，甚至很多人沒(méi)注意到。但利亞諾本人在開(kāi)球后興奮地大喊，“我感覺(jué)到球了”。
他為什么這么激動(dòng)？我多講一點(diǎn)背景信息，你就知道了。6年前因?yàn)檐嚨湥斐衫麃喼Z脊髓受傷，之后他都在輪椅上度過(guò)。在全身癱瘓前，他是一名運(yùn)動(dòng)員，而之后呢，他從胸到腳趾，都沒(méi)了任何知覺(jué)。
開(kāi)幕式上，利亞諾之所以能踢球，是用腦機(jī)接口操控了那副笨重的機(jī)械外骨骼才完成的。所以這一腳球?qū)麃喼Z的意義，幾乎是無(wú)價(jià)的。
不過(guò)，對(duì)這件事的討論卻逐漸走向兩極。有一些人認(rèn)為是科學(xué)盛事，第一次在實(shí)驗(yàn)室外，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口控制下肢運(yùn)動(dòng)。這一腳對(duì)腦機(jī)接口來(lái)說(shuō)和阿波羅登月差不多，你看，這就給了一個(gè)非常高的肯定。但另一些人呢，他們認(rèn)為這次開(kāi)球并不成功，動(dòng)作只有2秒，很難判斷是不是利亞諾靠大腦操控完成的，技術(shù)事實(shí)難以驗(yàn)證。
那問(wèn)題出在哪里呢？
我們要承認(rèn)，大自然看上去稀松平常的那種創(chuàng)造的生命能力，其實(shí)都是極為精妙的復(fù)雜設(shè)計(jì)。即使人類最優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師，他們要復(fù)制自然界龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，面臨的問(wèn)題還是太多了。就連世界杯上那套笨重的戰(zhàn)甲，都是腦機(jī)泰斗，杜克大學(xué)神經(jīng)學(xué)家米格爾·尼科萊利斯（Miguel Nicolelis）教授組織全球二十多個(gè)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室才能完成的。
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我?guī)愫?jiǎn)單了解其中的兩個(gè)核心技術(shù)難點(diǎn)。
第一個(gè)就是“感覺(jué)”反饋。
“感覺(jué)”反饋，就是我們對(duì)環(huán)境的溫度、硬度、壓力等等各種情況的感受，你可以通過(guò)你的感覺(jué)細(xì)胞，給大腦送去對(duì)外界的反饋。比方說(shuō)，手感覺(jué)太燙了，就會(huì)縮回來(lái)。聽(tīng)起來(lái)這事沒(méi)什么復(fù)雜，但千萬(wàn)別忘了，癱瘓病人是沒(méi)有任何感覺(jué)反饋能力的。
那你會(huì)想啊，沒(méi)有“感覺(jué)”反饋能力，究竟會(huì)怎么樣呢？
我舉個(gè)例子，你用手去抓一根鐵棍，會(huì)用很大的力氣，如果拿起一顆雞蛋呢？你會(huì)輕拿輕放。但是如果換成控制機(jī)械臂就不一樣了，機(jī)械臂表面沒(méi)有感覺(jué)細(xì)胞，它不能分辨這個(gè)東西到底是鐵棍還是雞蛋，如果用拿鐵棍的力氣去拿雞蛋，雞蛋很可能會(huì)碎掉。
所以沒(méi)有“感覺(jué)”反饋，大腦發(fā)送錯(cuò)誤指令的機(jī)會(huì)就非常大。
尼科萊利斯教授是怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？他打造的這套機(jī)械戰(zhàn)甲，做了一種“人造皮膚”來(lái)模擬“感覺(jué)”反饋。
這層所謂“皮膚”其實(shí)就是一堆傳感器。尼科萊利斯教授把它附在“機(jī)械戰(zhàn)甲”外部，用來(lái)探測(cè)接觸地面的信號(hào)，比如觸覺(jué)、溫度、壓力等等。通過(guò)人造皮膚的反饋，利亞諾可以判斷地面信息，現(xiàn)在是踩在瀝青地面上了，還是草地上了？根據(jù)不同的反饋，他就可以調(diào)整機(jī)械戰(zhàn)甲行動(dòng)的力度和速度。
這就是目前腦機(jī)接口最重要的研究方向之一：如何更好地重建“感覺(jué)”反饋。這方面，美國(guó)匹茲堡大學(xué)安德魯·施瓦茨（Andrew Schwartz）教授的實(shí)驗(yàn)室就做得非常好。
除了“感覺(jué)”以外，第二個(gè)非常重要的事情就是“訓(xùn)練”。
你可能沒(méi)想過(guò)，腦機(jī)接口是需要訓(xùn)練的。因?yàn)楝F(xiàn)在的腦機(jī)設(shè)備并不能做到像我們戴眼鏡一樣，戴上就能視力大增。想要順暢使用腦機(jī)接口，需要使用者和機(jī)器不斷磨合，持續(xù)訓(xùn)練才可以。
像利亞諾在開(kāi)球之前，他經(jīng)歷了6個(gè)月的集中訓(xùn)練。從技術(shù)層面上看，“踢球”這個(gè)動(dòng)作是很簡(jiǎn)單的，難點(diǎn)是“訓(xùn)練”過(guò)程有點(diǎn)反人類。為什么這么說(shuō)呢？
利亞諾是用非侵入腦機(jī)操控戰(zhàn)甲的，他得戴一個(gè)電極帽，讓科學(xué)家們采集他的大腦信號(hào)。在訓(xùn)練中，他的任務(wù)就是做“運(yùn)動(dòng)想象”。我們一聽(tīng)“運(yùn)動(dòng)想象”，感覺(jué)很容易，是不是就是想象讓我的腿“向前走”、“向后走”，然后機(jī)器呢就會(huì)按照我們的想法走了呢？完全不是。
大腦解開(kāi)的腦電范式非常有限。我們壓根不知道這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)，腦電反應(yīng)是什么樣的。所以利亞諾這樣的受試者去做“運(yùn)動(dòng)想象”，具體想些什么呢？
他想象的是“眨眼”，或者想象“動(dòng)舌頭”。這些信號(hào)是科學(xué)家可以采集到的，這就是“運(yùn)動(dòng)想象”。然后，科學(xué)家再把這個(gè)信號(hào)，翻譯成讓機(jī)器向前走的指令，這個(gè)過(guò)程是不是很擰巴？
而且，每個(gè)人的腦電范式都有非常大的差異，每一次一樣的運(yùn)動(dòng)想象，大腦神經(jīng)元的活動(dòng)都是不一樣的，這給腦控設(shè)備帶來(lái)非常大的挑戰(zhàn)。
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當(dāng)然我剛才說(shuō)的，只是抓了一些重點(diǎn)，比如說(shuō)“感覺(jué)”和‘訓(xùn)練“。真正用腦機(jī)接口操控設(shè)備，這件事有多復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)想象。
我可以舉個(gè)一個(gè)幾年前小案例，一位癱瘓很多年的志愿者在實(shí)驗(yàn)室里，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練已經(jīng)可以控制機(jī)械臂，在三維空間里去抓取一個(gè)東西了。但完全一樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境里，只要你在他身邊放一個(gè)紅色小球，其他什么都不變，他的完成度就會(huì)大大降低，甚至無(wú)法完成了。
所以，一個(gè)紅色小球，如此輕微的干擾都會(huì)對(duì)腦機(jī)操控有這么大的影響。那你可以想象，利亞諾在嘈雜的足球場(chǎng)上，能不能做到實(shí)驗(yàn)室水平的操控，真的說(shuō)不準(zhǔn)。所以腦機(jī)操控完成復(fù)雜任務(wù)，真的還有很長(zhǎng)的路要走。
我想你可能還有一個(gè)疑問(wèn)，用機(jī)器來(lái)替代我們身體的功能，這就是身體修復(fù)嗎？我認(rèn)為從功能實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，當(dāng)然是的。如果腦控外骨骼可以讓癱瘓的人直立行走，這當(dāng)然是對(duì)他們行動(dòng)能力的恢復(fù)。包括如果我們讓閉鎖癥患者，就是完全無(wú)法與外界溝通的人，能夠使用腦機(jī)打字，那這也是對(duì)他們溝通能力的修復(fù)。
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上面我說(shuō)的這種修復(fù)是，用機(jī)器替代身體機(jī)能。接下來(lái)要說(shuō)的這種修復(fù)，是自身身體功能的恢復(fù)。
還是尼科萊利斯教授的腦機(jī)實(shí)驗(yàn)，有一位癱瘓的女士，經(jīng)過(guò)23個(gè)月的訓(xùn)練后，竟然恢復(fù)了部分行動(dòng)的能力。她可以在沒(méi)有外骨骼，也沒(méi)有腦機(jī)設(shè)備的幫助下，僅靠簡(jiǎn)單的輔助工具，比如拐杖，就能短暫行走了。
要知道她已經(jīng)14年沒(méi)有走路了，正是在腦機(jī)幫助下，持續(xù)讓大腦和腿部神經(jīng)元放電，病人原本斷裂的神經(jīng)回路，發(fā)生了重連。
目前，我們正在做的也是類似這種原理的腦機(jī)，用于對(duì)中風(fēng)偏癱患者進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的技術(shù)，結(jié)合了非侵入腦機(jī)和功能性電刺激。
我們會(huì)在病人做運(yùn)動(dòng)想象的時(shí)候，刺激他們相應(yīng)的癱瘓部位。比如病人想象抬臂的同時(shí)，刺激癱瘓的上臂，時(shí)間久了之后，大腦運(yùn)動(dòng)皮層和癱瘓上臂的神經(jīng)元連接就會(huì)重建。再之后，病人再想抬上臂的時(shí)候，上臂就會(huì)自然抬起來(lái)。
總結(jié)一下，在修復(fù)這一層，腦機(jī)接口正在嘗試為癱瘓、中風(fēng)的病人提供更多的治療機(jī)會(huì)。持續(xù)訓(xùn)練帶來(lái)的，甚至不只是機(jī)器替代身體，而是原本的身體得到了治療和恢復(fù)。雖然距離技術(shù)成熟也需要更多時(shí)間，但科學(xué)家一直在努力，因?yàn)檫@是人類了解自身必須邁出的一步。
