利用腦機接口來增強感官體驗

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，大多數(shù)腦機接口研究都側(cè)重于試圖替換丟失的感覺信息，例如恢復(fù)脊髓損傷患者的觸覺。然而，最近的一項研究采用了不同的方法，使用腦機接口來增強現(xiàn)有的感官系統(tǒng)，并在老鼠身上創(chuàng)造“第六感”。

賓夕法尼亞大學(xué)神經(jīng)外科助理教授、資深作者蒂姆·盧卡斯博士在接受DigitalTrends采訪時表示:“這是朝著‘網(wǎng)絡(luò)物理’系統(tǒng)方向邁出的重要一步，該系統(tǒng)將計算機與活體大腦融為一體。”他說，這項技術(shù)可以在未來被開發(fā)出來，恢復(fù)癱瘓患者的感官體驗。

腦機接口可以用來控制從無人機到仿生手臂的一切，它們已經(jīng)成為新興技術(shù)領(lǐng)域的一個熱門話題。埃隆·馬斯克(ElonMusk)正在進行“神經(jīng)鏈接”(Neuralink)項目，該項目將使用控制性植入物，使人們能夠與電子設(shè)備或軟件進行交互。Facebook也在開發(fā)自己的腦閱讀計算機系統(tǒng)。然而，要創(chuàng)建可用的原型，這些項目還有很長的路要走。在人類能夠與計算機進行神經(jīng)連接之前，研究人員需要找到一種方法，將計算機輸入的信息整合到大腦中。

賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院(PennMedicine)的這項新研究正是通過在老鼠大腦中植入微型電極，并以感官反饋的形式向它們提供信息。研究人員首先通過手術(shù)將電極植入老鼠的大腦。然后，他們把這些動物放進一個內(nèi)部涂成黑色的水迷宮，里面有一個隱藏在水下的平臺，它們需要到達那里才能逃脫。

老鼠看不到平臺，所以他們沒有收到關(guān)于如何在迷宮中導(dǎo)航的視覺信息。但他們確實從界面得到了信息。電極刺激他們的大腦，告知老鼠平臺相對于它們當前位置的位置，老鼠甚至可以在黑暗中利用這些信息到達平臺。

研究人員使用了一種稱為皮質(zhì)內(nèi)微刺激的技術(shù)，這種技術(shù)比其他種類的腦刺激（如經(jīng)皮直流電刺激）要精確得多。這些其他的方法激活成千上萬的神經(jīng)元和其他神經(jīng)元素，而皮質(zhì)內(nèi)的微刺激只激活大約十個元素。這意味著應(yīng)用于大腦的刺激可以精確定位，使研究人員能夠創(chuàng)建單一的、離散的感知，而不是激活整個大腦區(qū)域。

通過這種更精確的刺激，研究人員可以針對非常特定的大腦區(qū)域來傳遞信息。然而，這是一個挑戰(zhàn)。僅僅刺激一個大腦區(qū)域并假設(shè)動物能夠理解這些信息是不夠的。研究小組取得的一個突破是，“老鼠機器人”能夠吸收信息，處理外部產(chǎn)生的信號，就像它使用天生的感官一樣成功。

之前已經(jīng)有人嘗試使用振動帶之類的外部工具來創(chuàng)建方向的“第六感”，它可以幫助視障人士在周圍環(huán)境中導(dǎo)航。然而，誰能使用這些外部工具是有限制的——例如，不能被癱瘓的人使用，他們不能體驗感官反饋。

盧卡斯說:“這種腦機設(shè)備的最終應(yīng)用是恢復(fù)脊髓損傷患者的感覺?！毕窨死锼雇懈ァだ锓蜻@樣的病人既不能抬起手指，也感覺不到針扎進他的手指?？死锼雇懈ァだ锓蛴貌涣耸裁凑駝悠??！?br />
在研究人員考慮將大腦刺激裝置植入人體之前，他們需要在動物身上進行更多的試驗以確保技術(shù)安全。然而，最終，他們相信他們可以使用腦機設(shè)備將計算機整合到人腦中。

這為將大腦中的設(shè)備連接到身體其他部位的應(yīng)用打開了大門。盧卡斯說：“我們的長期愿景是將這一系統(tǒng)與癱瘓肢體的植入式傳感器連接起來，為癱瘓病人提供完整的感官體驗?！?br />
這項研究不僅有助于幫助殘疾人。它可能會開辟一個全新的腦計算機設(shè)備領(lǐng)域，例如可以執(zhí)行搜索和救援行動的生物機器人。

研究結(jié)果發(fā)表在PNAS期刊上。