研究人員可以通過接口從外部獲得沿 X、Y 和 Z 軸的線性加速度，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種柔性印刷電路板以將 IMU 與 MCU 互連。另外，傳感數(shù)據(jù)會(huì)通過藍(lán)牙以 50Hz 的頻率從 MCU 連續(xù)流傳輸?shù)皆谂_(tái)式 PC 上進(jìn)行分析，并存儲(chǔ)以供離線處理。

在實(shí)驗(yàn)過程中，向參與者隨機(jī)發(fā)出與任意（2D 和 3D）和自然到達(dá)（3D）運(yùn)動(dòng)軌跡相關(guān)的語言提示，對(duì)于任意運(yùn)動(dòng)，應(yīng)指示參與者在大約 1s 內(nèi)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，并從允許他們完成運(yùn)動(dòng)的位置開始。

而對(duì)于自然到達(dá)的軌跡，例如參與者被指示要抓取桌子上的兩個(gè)不同目標(biāo)物體（一個(gè)水瓶和一個(gè)筆），這通常需要兩種不同的抓握方式，實(shí)驗(yàn)效果還有待改進(jìn)，對(duì)抓握性能（例如成功率、抓握時(shí)間等）還要進(jìn)行深入的客觀評(píng)估。

不過，這種方法經(jīng)驗(yàn)證具有臨床可行性，可以部署在康復(fù)中心輔助癱瘓病人。因?yàn)橄鄬?duì)于治療同樣重要的是，患者能夠控制自己的肢體形成有益體驗(yàn)，能激發(fā)患者在治療過程中的參與度，并最終獲得更好的運(yùn)動(dòng)康復(fù)。

對(duì)于另一種方案，即從大腦讀取神經(jīng)信號(hào)并利用電刺激為癱瘓肌肉提供動(dòng)力的研究，Bouton 團(tuán)隊(duì)在和著名的腦機(jī)接口項(xiàng)目 BrainGate團(tuán)隊(duì)合作。

BrainGate 最初是由美國布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系的研究人員與生物技術(shù)公司 Cyberkinetics 共同開發(fā)的，該研究的目標(biāo)就是“將思想轉(zhuǎn)化為行動(dòng)”。在 2000 年代初期，BrainGate 有很多開創(chuàng)性的工作曾發(fā)表在《自然》雜志上，即腦植入物從大腦的運(yùn)動(dòng)區(qū)域拾取信號(hào)，并使用這些信號(hào)控制各種機(jī)器，Bouton 曾與該團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了機(jī)器學(xué)習(xí)算法來解密神經(jīng)代碼。

基于這些算法分析，在 2006 年，四肢癱瘓的人通過思考就能夠控制計(jì)算機(jī)屏幕上的光標(biāo)，使他們能夠打開電子郵件并操作諸如電視之類的設(shè)備；在 2007 年，團(tuán)隊(duì)幫助因中風(fēng)而癱瘓的婦女能用自己的想法操控電動(dòng)輪椅；到 2012 年，該團(tuán)隊(duì)已能使癱瘓的婦女使用機(jī)械臂撿起瓶子。同時(shí)，其研究人員正在使用植入的電極刺激脊髓，使腿部癱瘓的人能夠站立乃至行走。

圖｜腦機(jī)接口操控機(jī)械臂（來源：BrainGate）

不過路還是要一步一步走，Bouton 團(tuán)隊(duì)讀取來自大腦的信號(hào)以及刺激肌肉的科研重點(diǎn)，目前放在手上。

因?yàn)樵谂c BrainGate 團(tuán)隊(duì)一起工作的那段時(shí)間里，Bouton 曾在一次調(diào)研中詢問了脊髓損傷患者的首要期望，大部分四肢癱瘓者都回答說，他們的首要任務(wù)是想恢復(fù)手臂和手的功能。

恢復(fù)手上的運(yùn)動(dòng)并不簡(jiǎn)單。人手具有 20 多個(gè)自由度，它可以具備靈活的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的方式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過腿部，這意味著要有更多的肌肉神經(jīng)要刺激，是一個(gè)非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)問題。Bouton 團(tuán)隊(duì)過去 20 年花了無數(shù)小時(shí)來刺激纏繞在患者前臂上的 130 套電極的不同組合，以確定如何控制手腕、手和每個(gè)手指的肌肉，但至今只能復(fù)制出手的部分動(dòng)作。

值得關(guān)注的是，研究團(tuán)隊(duì)在健全和癱瘓的志愿者幫助下，建立了一個(gè)模型，這是一個(gè)如何映射到手部動(dòng)作的數(shù)據(jù)庫，它類似于一個(gè)助手，該助手接受了數(shù)千種不同場(chǎng)景數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，開箱即用，能提供基本功能，例如打開和關(guān)閉手，隨著時(shí)間的推移，他們將繼續(xù)了解用戶的意圖，從而幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)用戶來說最重要的日常動(dòng)作。

下一步，為了讓人們從癱瘓的手中產(chǎn)生感知，不僅需要對(duì)手部進(jìn)行多類傳感器的微調(diào)，還需要在大腦的感覺皮層區(qū)域植入微傳感器件，才能讓手上非常特定的部位（比如指尖）在大腦中引起感覺，未來的一系列工作堪稱充滿挑戰(zhàn)。

“神經(jīng)搭橋”的其他思路

為脊髓神經(jīng)“搭橋”，上面描述的更多是依靠“物理外掛”輔助，其實(shí)對(duì)于脊髓損傷修復(fù)難題上，來自中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的再生醫(yī)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，曾實(shí)踐過另一種創(chuàng)新思路：給脊髓損傷病人移植結(jié)合間充質(zhì)干細(xì)胞的神經(jīng)再生膠原支架。

在 2015 年 1 月，該研究曾在中國武警腦科醫(yī)院順利完成了世界首例臨床手術(shù)，團(tuán)隊(duì)經(jīng) 10 余年努力，研制了基于膠原蛋白的神經(jīng)再生支架，結(jié)合間充質(zhì)干細(xì)胞，有望引導(dǎo)脊髓再生。

通常脊髓壞死部位會(huì)長出阻礙神經(jīng)組織連接再生的“瘢痕”，從原理上來說，需要先把瘢痕清掉，再把支架材料填入，這樣兩端好的神經(jīng)組織就能通過支架“橋接”，研究人員在支架上事先“種”好的干細(xì)胞，干細(xì)胞具有修復(fù)和再生功能，就能發(fā)揮作用完成修復(fù)，這一科研成果為脊髓損傷修復(fù)的臨床研究開辟了新方向。

無論是比較賽博朋克的腦機(jī)接口＋可穿戴設(shè)備，還是運(yùn)用生物再生技術(shù)進(jìn)行“神經(jīng)搭橋”，這些嘗試都正在為脊髓損傷或癱瘓患者恢復(fù)肢體機(jī)能帶來新的希望。

或許有一天，這些創(chuàng)新研究成果還能進(jìn)一步融合，讓癱瘓治療技術(shù)實(shí)現(xiàn)歷史突破。