靠意念行走：“脑机接口”技术未来潜能无限（二）

巴西世界杯的尝试

　　观察到这一点后，我们开始意识到，距离在人类身上运用这一技术已经不远了，但有一个决定性的实验需要完成。我们需要证明，动物能够学会使用搭载了无线传输技术的脑机接口来控制一辆自动驾驶设备，载着某一对象从房间里的某一随机位置出发。到达目标位置后，再取走我们放在那里的目标物品，比如说葡萄，而整个的过程全部通过“思考”完成。

　　想象一下，这不是腿或者胳膊，这是一个电动轮椅，是电力驱动的移动设备，和猴子自己的身体毫无关系。所以在这个任务里，猴子需要做的不仅仅是思考如何移动，还要学会和自己以前从未见过的电动机械互动。但实验中，猴子却能够控制电动轮椅，在我们事先设定好的不同位置间穿梭。他先从某一个白色圆圈处出发，通过想象控制轮椅移动到目标地点，再拿到葡萄。

　　一开始，从上面看，猴子用大脑控制自动驾驶设备的移动。然后我们把猴子放到一个新的地点，它又自己设计了一个新路径，仍然能准确地到达目标位置取走葡萄。现在我们来看一下正面拍摄的影像，有了脑机接口，你就能获得美式全自动午餐。你什么都不用做，只需要到达领餐处，然后开吃就可以了。当然，你需要思考如何到达那里。剩下的就由我们，或者说由计算机来替你完成。

　　有了这样的发现后，我们意识到，它的意义将远远超过我38年来一直在寻找的新的大脑研究方法。或许这一发现，可以转化成新的治疗手段，用以帮助全世界2500万因为严重的脊柱损伤而在痛苦中挣扎的人们。大家可能都知道，这样的损伤一旦发生，病人就会丧失感觉和活动能力，受伤部位以下的身体无法动弹。这是因为大脑发出的包含着运动指令的电信号，无法再通过脊柱中的神经传输至身体的边缘部位。

　　那要如何处理这些无法在体内传输的脑电信号呢？我们的方法是使用脑机接口，从大脑中采集这种不断产生的信号，但并不指望脊柱来发挥其原本的传输作用，而是绕过这一环节。我们制造出了一种计算机电子旁路，将采集到的脑电信号绕过损伤部位，以数字形式传输至一个可穿戴式的全新机械身体中，病人可以通过大脑控制该机械身体，使其移动到某一位置。

　　这个想法我和John Chapin 在2002年就提出了，当时我们认为它或许在2012年底前能够实现。几年之后，巴西再次获得久违的举办足球世界杯的机会。2012年，FIFA宣布由巴西主办2014年世界杯足球赛时，我意识到可以在开幕式上做些新的尝试，而不只是来一场足球比赛。

　　我向当时的巴西总统做出了提议：我们可以首次在这种大型体育赛事中，加入科技展示。当年巴西世界杯的开幕式，会有65000人到现场参加，超过10亿观众收看转播。我们可以做一次脑机接口技术演示，让一名瘫痪的巴西年轻人，在首个脑控下肢机械外骨骼的帮助下为世界杯开球。

　　出乎意料的是这一想法真的得到了总统的应允，随即我们就开始着手准备。为此，我联系了世界各地的朋友。大约来自5个大洲、25个国家的156人把手头的事情暂时搁置10个月，带着他们的学生、专利和技术来到巴西，帮助我们制作第一个脑控下肢机械外骨骼。

　　我们还招募了8个脊柱损伤病人，（他们）都是从一个包含了65000名病人的巴西数据库里选出来的。这8个人都是完全性脊髓损伤患者，有的瘫痪已经超过10年，大家可以看到这里的数据，13年、11年的都有，他们受伤部位以下的身体都无法动弹。

　　我们设计了一个非常严苛的训练计划，让他们在世界杯之前的半年时间里，每周训练两天，每天一小时。训练首先在虚拟环境中进行，他们需要学习使用一种非侵入式的脑机接口设备。无需手术，无需植入电极，仅仅使用能够贴在头皮表面的扁平传感器，用来记录脑电信号。

　　病人通过观察自己的虚拟替身进行训练，该替身是一个看起来和他们相似的虚拟足球运动员，会在足球场上走动和踢球。病人们一边观察，一边学习用自己的大脑控制它的活动。每一次虚拟人物的脚接触地面，病人的手臂都会收到触觉反馈，从而再次感受到在地面行走的感觉。

　　当病人们能够熟练地在虚拟环境中进行操作后，我们开始让他们使用一系列世面有售的，用于脊柱损伤病人恢复的机械助行器，最后再为他们装上我们设计的外骨骼。就是我刚刚提到的那个，它是这个样子的。这是一个有着12自由度的机电外骨骼，这是病人所在的操作舱，这里还有一张病人训练的图片。另一个图片显示的是装有扁平传感器的头盔，可以贴紧头皮，来记录包含着运动指令的大脑活动。当病人想要行走或踢足球时就会产生这些活动，这些就是我们使用的，用来驱动和控制下肢外骨骼关节活动的电子和机械设备。

　　有意思的是，我们使用的电机能够将控制信号传送给液压管线，由此产生模拟度更高的，和人类更为相似的动作，优于一般机器人的数字和电子动作。因为病人们希望自己看上去更像普通人，走路的样子也更自然。这是该技术的另一个主要创新应用，发明人是慕尼黑工业大学的Gordon Cheng。这是一种安装于腿部外骨骼足底的印刷电路板，带有感知压力、距离和温度的传感器。

　　我们希望外骨骼脚部每一次接触地面时，都能向病人的前臂发送触觉反馈信号。这样，病人就能体会到到踩在地面的感觉，感受地面的触感 、硬度，踩在什么样的地面上，能走多远？甚至能接收到温度反馈。大家现在看到的是这个病人第一次尝试站立行走，在世界杯之前，8名病人都在我们的实验室里成功实现了站立行走，因为他们都学会了熟练控制外骨骼。

　　这是一位高位胸椎损伤病人，大家看到他的头盔在发光，表明他正在通过大脑活动控制轮轴。指令正确，他的两条腿正交替运动，他可以通过面前的大镜子看到自己站起来走路的样子。同时他的前臂能够感受到，我刚刚提到的那些足底传感器，传来的触觉反馈，这是病人瘫痪6年来第一次站起来走路。他之前是个游泳运动员，后来因为一场车祸造成胸部以下瘫痪，从他的表情就能看出，6年以后重新走路是什么感觉。这样的场景我见证了8次，可以说，那是我38年科学生涯中的高光时刻。我从没想过脑机接口可以走到这一步，但我们做到了。

　　这是Juliano Pinto，是在世界杯开幕式上开球的运动员，脊柱T4以下身体瘫痪已经9年，也是因为车祸。这是我们上场之前，在足球场入场的地方，这就是位于圣保罗的开幕式场地。现在大家看到的是，正式开球前Julian的最后一次试踢，大家看到我鼠标这里的蓝灯正在闪，代表着外骨骼处于启动状态。Julian把双臂放在外骨骼的扶手处，那里安装的传感器在感受到来自手臂的压力后就会启动外骨骼。之后，Julian只需要摆好身体姿势，想象踢球的动作。戴着蓝色帽子的是我的学生 ，他把球放在Julian面前，然后Julian就把球踢了出去。

　　2014年6月12号下午3点半整正式开球时也是这样的流程，有一件事Julian事先不知道，我们给他准备了一个小惊喜，启动了一个安装在这个位置的传感器。巴西的孩子们可能在还没出生的时候就会用足尖大力触球，在球场上没有其他办法时，足尖大力射门是最后的进球手段。所以我们在这里安装了一个传感器，但事先没有告诉他。Julian把球踢出去之后开始欢呼，我们冲上去拥抱他，大家的情绪都非常激动，整个球场都因为这个开球而沸腾了。

　　Julian当时喊得并不是：我踢出去了，我做到了或者我射门成功了。他喊的是：我感觉到球了，我碰到球了。因为他的大脑在经过训练以后，已经能够识别所有外骨骼上的传感器传输的信号，因此可以体验到真正的踢球的感觉。这是10年来的第一次，对于10年中一直坐在轮椅上的人来说 ，这是不同寻常的经历。

来源：新浪科技