凯茜·哈钦森（Cathy Hutchinson）全神贯注地盯着轮椅前桌上的咖啡杯。她头上戴着一个杯状的穹顶，为她的小型神经植入物供电，在她想到拿起杯子时捕捉她运动皮层的信号。慢慢地，机械臂开始移动。
手肘向前摆动，手腕旋转，手指抓住杯子。片刻之后，她喝了一大口——这是她15年前中风以来第一次无需护理人员的帮助就能享受到一杯咖啡。这项壮举是一个正在进行的临床试验的一部分，该试验使用一种神经接口系统，这是首次有人类利用自身脑信号控制机械臂的演示和首次已发表的研究。这是神经科学和工程学的一项重大突破，并且有一天可能帮助瘫痪患者更独立地生活。
布朗大学工程学教授、马萨诸塞州总医院神经科医生利·霍克伯格（Leigh Hochberg）博士表示，脑控技术可以恢复哈钦森（即患者S3）等患者的交流、行动能力和独立性。“我们希望提供一种技术，可以将直接从脑信号解码出的运动意图，转换成控制辅助设备或假肢的指令，”他说。
该团队之前的研究证明，瘫痪患者可以通过思想控制电脑光标，去年秋天，杜克医学中心（Duke Medical Center）的神经科学家证明，猴子可以通过思想控制机械臂。今天发表在《自然》（Nature）杂志上的这篇新论文表明，这项技术也适用于人类。据该技术（即BrainGate）的首席开发者、研究合著者约翰·多诺休（John Donoghue）介绍，哈钦森植入该设备已有五年。他表示，该设备以及她自己的运动皮层能够长期工作，这是一个令人鼓舞的迹象。
“在她因脑中风导致大脑与四肢断开联系15年后，她仍然能够产生所有神经信号，”他说。
这项技术距离广泛应用还有很长的路要走，但多诺休和霍克伯格在新闻发布会上表示，他们对迄今为止的成功感到鼓舞。
为了解读患者的思想，科学家们进行了一系列训练，以解码他们的神经信号。两名患者观看了两个独立的机械臂——一个由德国机器人与机电一体化研究所（DLR Institute of Robotics and Mechatronics）开发，另一个由DEKA Research and Development Corp.开发，后者也称为DARPA机械臂。科学家控制机械臂的运动，并要求患者想象自己做出同样的动作。
“这会在他们的大脑中产生一种电信号模式，然后我们告诉机器人，‘这种模式意味着移动机械臂’，”多诺休说。“当人们想到要移动时，他们的大脑会产生一种模式，在我们看来，这就像实际移动时应该发生的那样，但当然，并没有实际移动。即使在中风或脊髓损伤多年后，运动皮层似乎也能正常工作。”
58岁的哈钦森因脑干中风而失去了言语和颈部以下的活动能力。她偶尔会发生手臂不自主运动，但无法控制。另一位患者，一位66岁的男性，被称为T2，也因脑干中风而失去行动和言语能力。中风后初期，两名患者都患有闭锁综合征，只能进行眼部的小幅度运动。霍克伯格说，T2患者通过对逐个字母的回答与外界交流，而哈钦森的恢复情况稍好，颈部活动有限。
在解码患者的神经信号时，他们被要求使用机械臂去够取面前的泡沫目标。然后哈钦森还尝试了咖啡实验。霍克伯格说，那是2011年4月12日。观看下面的视频。视频进行到两分钟前，液体通过吸管流动。霍克伯格说，她脸上的表情说明了一切。
根据论文，在四天内进行了158次试验，她使用DLR机械臂在规定时间内触碰到目标的成功率为48.8%，使用DEKA机械臂则为69.2%。在使用DEKA机械臂进行的45次试验中，T2患者的触碰目标成功率为95.6%。
“我只是想象移动我自己的手臂，[DEKA]机械臂就移动到了我想去的地方，”他后来说道。
DLR和慕尼黑工业大学（TU Munich）的仿生学和辅助机器人学负责人帕特里克·范德·斯马格特（Patrick van der Smagt）表示，目标是使用具有直观运动的机械臂。他表示，未来的迭代可以通过解码患者更高级别的意图来增强机械臂的自主性。
“从你拥有的信号中，你可以读出比动作更多的东西——你可以读出动作的意图。如果你正向杯子移动，很明显你想去拿杯子，”他说。
美国退伍军人事务部和美国国立卫生研究院资助了这项工作。
霍克伯格说，最终目标是开发一个更小、可能可植入的系统，让瘫痪患者或肢体缺失者能够完全控制自己的环境。
“真正的梦想是有一天能够将大脑重新连接到肢体，将运动皮层的强大信号传输到周围神经。瘫痪患者将能够伸出手，凭自己的意愿用自己的肢体去拿起那个咖啡杯，”他说。
