在《鋼鐵俠》《攻殼機動隊》等影片中，超級戰甲總是那么讓人向往——通過腦機接口的連接，戰甲如同身體的一部分，能完成各種挑戰極限的高難度動作。殊不知，在現實之中，類似的“超級戰甲”正在向人們走來。這得益于神經科學家和工程師們的努力，巴西籍神經生物學家、美國杜克大學神經中心主任米格爾·尼科萊利斯就是其中的翹楚。
2014年巴西世界杯上，28歲的截癱青年朱利亞諾·平托憑借身穿的“機械戰甲”，為當屆世界杯開球。電視轉播畫面另一頭的解說員激動地說：“平托行走的一小步，成為腦機接口技術發展的一大步。”
“機械裝甲”的主導發明人正是米格爾·尼科萊利斯。日前，米格爾來到中國，分享了他在腦機接口領域的研究和心得。
腦機接口的一大步
記者了解到，腦機接口系統是通過電極采集腦神經活動，然后通過計算機進行解析，最后再數字化地支配類似三維假肢這樣的外部設備。整個過程，實現了“意念控制外設”。
“機械裝甲”就是這樣被支配的。米格爾介紹說，在巴西世界杯截癱青年的雙腿上，包裹著一套稱作“外骨骼”的機甲裝備。雖然朱利亞諾·平托高位截癱失去了運動能力，但他的大腦發出的行動信號，經電極采集、傳輸到計算機裝置中后，行動信號就會被識別并轉化成數字化行動指令，外骨骼收到數字指令后，就會如同截癱青年新長出的腳一樣，踢出這具有歷史意義的一步。
這一革命性技術的科學展示，給全球數十億觀眾傳遞了這樣一個訊息：大腦控制機器已不僅僅是實驗室的演示和技術幻想，因外傷或疾患致殘的殘疾人，很可能再次獲得行動能力。
“我們的目標是希望病人通過自己的大腦活動，不動自己的任何身體的部分就可以控制三維假肢。它的意義不僅僅是在實驗室里面，更重要是在幫助大腦損傷的病人方面能有所用途。”米格爾·尼科萊利斯堅定地認為，腦機接口的研究終將讓更多癱瘓病人獲益。
這一技術的進展得益于米格爾和他的博士后導師發明的一種方法：同時將數百個發絲般細柔的傳感器（即微細線），植入大鼠和猴子的大腦。這些靈敏的微細線可以探測到額葉和顳葉皮層中成百上千個神經元發出的微弱電信號（即動作電位），而額葉和顳葉皮層正是自主運動的主要控制腦區。
更重要的是，這一腦機接口系統不僅能夠把大腦信號解讀出來，控制人工假肢，它還能把人工假肢感受到的觸覺信息重新反饋到大腦里面去，感知所觸碰的事物，“這樣大腦就會認為人工假肢是自己一部分。”米格爾說。
腦機接口技術的醫學前景
“受啟發于世界杯男孩，我們發起了一項名為‘重新行走’的計劃。這是我們能幫助現實中病人的一個非常重要的工作。”米格爾介紹說，該項目希望通過無創的腦機接口技術，讓高位截癱的病人通過腦活動控制外骨骼系統，在幫助他們控制肢體的同時，能夠感受到外部的觸覺。
在米格爾·尼科萊利斯的案例分享中，很多截癱病人在腦機接口的幫助下都有不同程度的恢復和好轉，這在坐在臺下的清華大學醫學院教授、美國醫學與生物工程院會士高上凱看來“是個非常好的消息”。
高上凱告訴《中國科學報》記者，神經疾病患者的康復原來是一個難以翻越的高山，而腦機接口為這個領域打開了一個非常光明的前景：“我覺得未來隨著神經科學研究的深入、工程技術的發展，腦機接口還會不斷走向深入，開拓它新的應用領域。”
國家康復輔具研究中心附屬康復醫院名譽院長畢勝也對此深表同意。一開始，他關心的問題是，病人在腦機接口、外骨骼的幫助下，身體“是否真的得到康復”？米格爾給出的答案是肯定的，通過腦機接口，病人大腦的可塑性發生了變化，而且有腦電圖、核磁共振證據能夠證明。
“大腦的可塑性是神經康復的基礎。通過腦機接口技術改變大腦的可塑性，達到患者真正的康復，這就是這個技術最大的應用潛力。”畢勝介紹說，在原來概念中，一個脊髓損傷的病人，是不可能變成一個脊髓無損傷狀態的，也就是不可恢復的。傳統的做法就是替代——用外骨骼機器人代替病人行走；而有了腦機接口后，病人是“自己走”，是“真正康復了”。
植入和非植入的選擇
清華大學醫學院教授洪波注意到，米格爾·尼科萊利斯早期的實驗室工作基本上都是“植入式”腦機接口的介入——也就是需要將電極植入在顱內；而近些年的工作多是無創的非植入式腦電介入。他認為，這是因為“做植入式腦機接口還是很困難的”。其中一條原因就是，植入的電極會被神經包裹，從而降低信道效率。
而對于短期康復而言，非植入式有其優點。并且，非侵入式本身也不必在“開腦洞”上大費周章。
不過洪波表示，一般來講，侵入式腦機接口相比于非侵入式可以更高頻、更準確、更平滑地控制外部機械，并且可以完成復雜得多的動作，而且，侵入式腦機接口并不僅僅能讀取腦電信號來控制外部設備，還可以進行精確的電刺激進而讓大腦產生特定的感覺。
“我們現在可以既不做頭皮開顱骨的植入式，也不做區分度和信號復雜度都難以盡美的腦電，還有第三個選擇——在顱骨里面只做微創的手術，就可以跟這些長期臥床的病人跟家人進行日常溝通，解決心理需求的問題。”洪波說，這是從技術上或者需求上更接近實現的途徑，畢竟現在工程能力還有很多困難，比如帶寬、供電等問題，“這是我們希望再往前推進的”。
不過，記者通過現場幾位業內人士了解到，由于非侵入式腦機接口對正常人并沒有任何風險（連理發都不用），可以推知其一個非常重大的潛在市場就是VR／AR的游戲控制。
腦網絡
不過，在植入式腦機接口的研究中，米格爾·尼科萊利斯提到一個超前的概念“腦網絡”。
“這個概念非常有趣，緣于我們在實驗中的一個思考，是不是可以通過腦機接口，讓猴子互相協作？后來我們用實驗證明，這個問題的答案是肯定的。”米格爾說。
米格爾和助手設計了這樣一個“有社交活動控制”的實驗：兩只猴子分別是觀察者和騎著小車的“司機”。司機猴子完成一項指定任務后，觀察者會得到獎勵。因此在這個試驗中，作為“吃瓜群眾”的觀察者非常關心司機猴子能否完成任務。然后，兩只猴子的身份會互換，“互相體驗一下對方的感覺”。在這樣的情況下，兩個猴子必須互相配合，才能各自在當“吃瓜群眾”的角色時更能獲得獎勵。
米格爾通過無線記錄下兩只猴子的大腦活動。他發現，兩只猴子能夠很默契配合得到獎勵，而大腦活動也顯示，在圈出來的時間點上，兩個大腦“好像有同步的活動”。
“這非常有意思，道理同樣也適用于人的身上。”米格爾說，這可以應用于訓練或恢復系統之中。他舉例道，一個新來的病人沒有用過康復系統的話，可能開始要花很長的時間使用它，而如果有一個實驗員熟悉這個系統，就能通過這種協作加速新病號適應康復系統。
“基于腦網絡的概念和實驗，我們認為未來治療師可以通過互聯網幫助成百上千的病人渡過第一階段的訓練難關。”米格爾說，由此可以得出，腦機接口不僅給人們認識大腦帶來了新的角度，更多的是幫助更多的殘疾人能夠重新獲得感覺和運動的能力，甚至成為一種新的康復方式。