多年来，脑机接口 (BCI) 取得了长足的进步，使脊髓损伤或肢体缺失的患者能够控制假肢和电脑光标。然而，尽管这项技术取得了进展，但复制微妙、细腻、细致的触觉感觉仍然遥不可及。然而，现在，来自皮层仿生学研究小组（Cortical Bionics Research Group）的研究团队认为他们取得了重大突破。一对佩戴 BCI 的患者能够控制仿生手臂，并“感受”到其手指上的触觉边缘、形状和曲率。研究人员的发现已于今天在《科学》杂志上发表。
研究人员花了数年时间与两名因脊髓损伤而无法控制肢体的患者合作。在这项研究中，参与者在大脑负责手部和手臂运动的感官和运动区域植入了 BCI。研究人员能够记录并解码与患者手部运动相关的所有电活动模式。然后，让患者进行一系列复杂的实验，控制附近的仿生手臂，看看他们是否能区分其表面发生的微小细微变化。他们报告了在手中移动边缘、曲线和方向等感觉。所有这些都得益于研究人员开发的一种独特新方法，用于编码自然的触觉感觉。
瑞典查尔姆斯理工大学助理教授、该研究的主要作者 Giacomo Valle 表示，这项工作“超越了脑机接口领域以往的任何成就”。
Valle 在一份声明中说：“我们现在处于另一个水平的人工触觉。我们认为这种丰富性对于实现人类手部典型的灵巧性、操纵性和高度发达的触觉体验至关重要。”
BCI 如何测量微妙的触感
脑机接口最早由UCLA 计算机科学家 Jacques Vidal 于 1973 年在理论上提出，其工作原理是通过电极获取人体的脑信号，对其进行分析，并将其解释为计算机可用于输入的格式。在实践中，这意味着在患者的颅骨下手术植入电极，以直接测量大脑神经元。这些技术已被成功用于帮助患者控制假肢，甚至玩视频游戏。与此同时，复制更微妙的触觉感觉（如感知纹理或定向运动）一直是一个挑战，需要更高级别的工程技术。
这项特殊的研究更进一步。虽然可以通过读取患者解码的脑信号来实现基本的运动控制（如移动假肢），但让他们感知到感觉需要相反的过程。Valle 告诉《流行科学》杂志，他的团队必须编码与触觉相关的信号，然后将其发送给患者的大脑。这比听起来要复杂得多。触觉感觉是特定的，需要高度精确。即使是轻微错误的信号发送到患者的大脑，也会让他们感到混乱和困惑。使 BCI 工作已经很困难，而编码感觉则增加了全新的复杂性。
Valle 说：“我们必须向大脑发送一种能够用大脑语言交流的信息。”
实验提供了对未来的早期一瞥
在实验中，两名配备 BCI 的患者接收了一系列不同的触觉信号，并被要求描述他们的感受。起初，患者报告感觉到像桌子边缘一样的边缘。成功之后，他们被呈现了更复杂的形状和弯曲的字母。最终，他们进步到能够感知完整的 3D 形状，并能够感觉到机器人手和手指表面有运动感。Valle 表示，他和他的团队对这项测试的有效性持乐观态度，但对于他们相对有限的“通道”（用于选择和分析脑信号）却如此有效感到有些惊讶。
Valle 承认，在理论上这项技术能够在实验室外完全恢复人的触觉之前，还有很长的路要走。要实现这一点，可能需要创造一种数字皮肤，将其附着在机器人肢体上，并快速收集和解释有关世界的数据。然后，一个高度先进的 BCI 需要将所有这些数据以可读的消息形式发送到患者的大脑。所有这些都必须基本上是瞬间完成的。
有一些令人鼓舞的迹象。研究人员在所谓的“电子皮肤”开发和具身假肢方面近年来取得了长足的进步。Valle 表示，像埃隆·马斯克的Neuralink和 Synchron 这样资金充足的商业 BCI 领域也在为该领域带来急需的关注和投资。据报道，Neuralink 的首位人类患者已经能够使用他的 BCI 玩在线视频游戏和国际象棋。该公司去年 8 月成功将设备植入第二名患者体内。虽然该领域许多最前沿的进步是由大学研究团队推动的，但像 Neuralink 这样资金雄厚的公司可能最终是使这项技术在实验室环境外对个人有用的关键。
无论何时实现，Valle 都表示，这一成就首先要归功于他的团队正在合作的参与者所做出的牺牲。这些早期采用者，Valle 将他们称为“先驱”，据报道，他们每次试验要花费多达三个小时来记录和分析感官数据。他们很可能永远无法完全受益于该技术雄心勃勃的潜力。相反，他们正在为那些可能接续他们工作的人奠定基础。
Valle 说：“没有他们，这一切都不可能实现。”
