无线脑植入物正在帮助瘫痪的猴子重新行走

人类会是下一个吗?

瘫痪曾被认为是一种永久性疾病,其特征是大脑和脊髓之间的信号中断,且无法修复。但在过去的几年里,对大脑神经连接的深入理解,使得科学家们开始探讨这种永久性疾病是否可以通过修复受损区域的运动功能来治疗。如今,研究人员又向前迈进了一大步:一种新的、微小的无线设备被植入一只瘫痪的猴子体内,使其重新获得了对其腿部瘫痪区域的控制能力,从而能够再次行走。这项成功代表着在为人类开发类似设备的研究道路上又迈出了重要一步。

brain implant for monkeys
实验中使用的植入物,旁边是灵长类大脑的硅胶模型。Alain Herzog / EPFL

当人发生瘫痪时,大部分——但不是全部——帮助肌肉发出运动信号的神经元会中断。这使得大脑无法向某些肌群发送运动指令。但如果身体有一种方法能够增强少数完好的神经元,它们或许就能独自承担起这项任务,恢复运动能力。

在这项新研究中,研究人员将微小的无线设备植入了被故意造成瘫痪的两只猴子的大脑中——每只猴子都失去了一条后腿的运动能力。该设备记录了大脑运动皮层(控制运动的区域)的电信号,并将其发送到电脑。电脑随后将这些信号翻译成一种电极(连接到脊髓一组神经元)能够理解的语言。他们的研究本周发表在《自然》杂志上。

正如视频所示,猴子在行走时能够协调它们瘫痪的腿部与其他四肢一起运动。与需要人(或猴子)通过某种方式连接到电脑的类似技术不同,这项新技术是完全无线的。猴子们戴着一个背包,这个背包负责解读并将脑信号发送出去。

这项成功只是过去几年中科学家们在不断加深对大脑电信号如何实现运动的理解方面取得的几项成就之一。但它独一无二,不仅仅是因为它摆脱了传统的线缆:在该研究的一篇相关评论文章中,纽卡斯尔大学的神经科学家安德鲁·杰克逊指出,这种新设备是一种“闭环刺激”,它能实时解读脑信号。目前用于瘫痪患者的设备是开环的,这意味着它们需要反复刺激来兴奋或唤醒可能存活下来的神经元。这会增强这些神经元,但闭环系统则能增强大脑和脊髓之间神经元网络的整体连接。

尽管这是一个成功的概念验证实验,但开发适用于人体的脑机接口的工作远未完成。这里使用的系统在实现更广泛的肌肉运动(如移动腿部行走)方面是成功的,但在实现更精细的运动(如微小的方向改变或保持平衡)方面效果则不那么显著。随着研究的深入,科学家们将需要更深入地理解这些精细运动的工作原理,以及如何通过无线设备来触发它们。

 

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曾任《Popular Science》杂志的科学编辑。她对脑科学、微生物组和人体生理学特别感兴趣。除了《Popular Science》之外,她的作品还发表在《纽约时报》、《科学美国人》以及《Scholastic’s Science World》和《Super Science》杂志等刊物上。她拥有加州大学戴维斯分校神经生物学学士学位,以及纽约大学科学、健康和环境报道项目的科学新闻学硕士学位。


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