生物谷报道：将芯片植入大脑，代替正常的神经功能，在以前似乎是科幻小说中才有的故事，然而现在却成为现实。2004年，加拿大科学家首次尝试用芯片沟通神经的功能，见：加拿大：探明芯片上神经细胞的学习功能，但这仅仅是尝试，随后FDA批准小芯片用于人体试验，这一切都显示芯片最终进入人体成为可能。

     最新一期Nature报道一个故事，在5年前的一次袭击事故中，25岁的美国马萨诸塞州男子马修·纳格尔全身瘫痪。2004年，美国罗得岛州医院专家在他的大脑中植入了一个电极传感芯片，将他打造成了世界上首个“仿生人”。如今，马修不仅可以用思想来控制电视机，开关电视和转换频道，他还能用思想来控制电脑屏幕上的鼠标指针，打开电子邮件，玩电子游戏。科学家相信，这一仿生科技系统将为众多失去双臂的人和瘫痪患者带来福音。

大脑与计算机相连

　　据英国媒体13日报道，现年25岁的马修·纳格尔是美国马萨诸塞州人，2001年，他在一次袭击事故中全身瘫痪。2004年，美国罗得岛州医院往他的脑袋中植入了一个电极芯片，将他打造成世界上首个可以用思想来控制物体的“仿生人”。这一仿生系统名叫“大脑门神经界面系统”，它包含一组植入大脑的电极，可以记录下大脑皮层运动区的神经活动信号，这些大脑信号可以通过电线发送到一台计算机上，并解码分析成具体的运动指令。

　　据悉，植入大脑的硅芯片只有一颗药片般大小，在它4毫米长宽的表面布满了100根小电极，每根电极都比头发丝还细，这些电极要插进大脑控制运动的皮层运动区一毫米深，从而可以收集附近神经细胞发出的电子信号。这些信号先是被一些细金线传输到固定在患者头皮上一个1英寸高的钛基座上，然后信号再从那里通过电线传输到计算机里。“仿生人”只需通过大脑想像一下就可以控制物体。

用思想移动电脑鼠标

　　一开始，马修通过这一“大脑门”系统，成功地学会了用思想移动电脑屏幕上的鼠标指针；后来，马修在新英格兰西奈山医院和马萨诸塞州康复中心接受了57次训练实验，更强大地锻炼了他的思想控制功能。

　　现在，马修不仅可以通过思想打开电子邮件，在计算机屏幕上画圆形图案，玩简单的电子游戏，甚至还能用“脑波”打开电视机，自由地更换电视频道。此外，医生还为他装了一个机械臂，马修现在已经能用思想控制机械手掌的张开和合上，同时还能移动机械臂抓取物体。

既是福音也是危险

　　美国科学家的研究成果发表在了最新一期《自然》杂志上，负责这项科学研究的美国罗得岛布朗大学教授约翰·多诺格胡说：“这项技术可以让我们将来通过大脑信号激活瘫痪患者的四肢肌肉，允许我们通过身体神经系统重新恢复大脑对肌肉的控制。”多诺格胡教授是马萨诸塞州福克斯堡“电脑动力学神经科技系统公司”的首席科学官，这个植入大脑的电极芯片正是由该公司发明的。科学家称，这一科技将为无数失去四肢的患者和瘫痪患者带来福音。

　　然而，也一些专家警告称，美国“大脑门”科技的快速发展，可能有着更险恶的用途。美国目前有至少12个实验室都在发展大脑和计算机交互界面科技，许多实验室的研究都受到了美国军方的资助，获得了超过2500万美元的研究资助。美国军方显然希望能发展出一种可由士兵大脑控制的“杀手机器人”，打造出一种所向无敌的“超级机器人战士”。 

        本期封面所示为BrainGate飞行员临床试验的第一位参与者Matt  Nagle。在颈部脊索损伤后，他的胳膊和腿不能动了。布朗大学神经科学系的研究人员与生物技术公司Cyberkinetics及其他三个机构的人员合作，发现与运动有关的信号可通过一个植入的BrainGate芯片从大脑向外传递，使患者能够驱动一个电脑屏幕光标，启动简单的自动装置。这种人造神经运动装置有可能为研制可以代替或恢复瘫痪患者丧失的运动功能的系统铺平道路。在这项进展之前，这种类型的工作主要是在猴子身上进行的。在最近的一例这种研究中，研究人员使这类装置的运动速度与当前的装置相比有了很大提高，从而使得研制可在临床上使用的脑机器接口的前景更加乐观。 
        在上世纪70年代风靡欧美的科幻电视剧《无敌金刚》（又译《六百万美元先生》）中，科学家利用仿生科技把一名重伤飞行员的双腿、右手及左眼全部换上了电子零件，使其成为可以通过意念控制假肢运动的"无敌金刚"。

        巧合的是，美国科学家也在一名25岁高位截瘫、四肢瘫痪患者的大脑内植入一块电子芯片，从此后者只需通过意念，便可自主完成收发电邮、玩电脑游戏、更换电视频道等一系列以往望而却步的动作，成为世界上第一个"仿生人"。   

        4毫米芯片植入大脑

        据报道，来自美国罗德岛布朗大学的神经动力学专家约翰·多诺古教授历经多年苦心研究，开发出了一套名为"大脑之门"的仿生系统。他首先将一块4毫米见方的电子芯片植入瘫痪患者大脑运动皮层的中央前回处，因为这里的大脑皮层为控制全身肢体的运动中枢。接着，他开始训练患者借助意念一一完成各项动作。

        "大脑之门"系统的工作原理是：当患者开始想像自己运动时，芯片上总共100枚比头发丝还细、1毫米长的电子传感器（电极）将这种大脑产生的脉冲信号记录下来，然后通过一根根细小的金线传输到镶嵌在患者头皮内的一块一英寸大小的钛基座上。接着再将脉冲信号通过导线传输给体外的一台电脑，经过电脑程序的转译破解过程，转换成一个个电子装置可以执行的动作指令。 

        用意念收邮件玩游戏

        从2004年起，多诺古教授领导的科研小组陆续针对4名瘫痪患者进行了"大脑之门"系统植入试验。第一名试验对象是现年25岁的美国马萨诸塞州小伙马休·纳格尔。2001年，纳格尔由于脊柱被利刃切断，从此成了一名高位截瘫患者，身体从脖颈以下失去所有知觉，四肢无法动弹。2004年，他参加了多诺古教授的试验，在罗得岛医院接受了芯片植入大脑的手术。

        经过长达9个月的刻苦训练之后，纳格尔可以通过意念控制，从事一系列以前"望而却步"的动作，包括移动电脑屏幕上的一个光标、在屏幕中央画出一个圆形轮廓、模拟打开电子邮件、玩简单的电脑游戏、调节电视音量、切换电视频道等。最后，他甚至还学会通过意念控制开启和关闭一只假手的手指、控制一条机械臂抓住和移动物体这样的高难度动作。 

        无需100%集中注意力

        让人惊讶的是，纳格尔可以一边和别人聊着天，一边借助意念完成上述各种活动。即便如此，他移动电脑屏幕光标的准确率竟然高达75%至85%，换言之，纳格尔在用大脑发出各项运动指令时，并不需要100%集中注意力，而这对于他的未来生活将非常重要。

        然而并非所有试验对象都像纳格尔那般幸运。与他相比，另一位现年55岁、于1999年脊柱受伤的患者则远没有如此幸运。后者在大脑被植入了"大脑之门"系统之后，一开始也可以通过意念控制运动，可是仅仅11个月之后他的大脑信号便无法被电子传感器所捕捉。目前科学家们正在调查故障原因。

        最新公布的《自然》杂志报告称，纳格尔的成功案例预示着人类仿生学研究史上的一个里程碑式的胜利。多诺古教授表示："这一成功预示着一个光明的前景：即未来某一天，患者可以借助一套物理神经系统，利用脑电波信号刺激肢体肌肉，恢复大脑对于肌肉的控制。"科学家们相信，假以时日，纳格尔终将学会灵活自如地操纵轮椅和假肢等更加复杂高级的动作。到了那时，他的生活质量将大为改观。

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原始出处

Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia Free access

Leigh R. Hochberg et al.  Nature 442, 164-171 (13 July 2006) doi:10.1038/nature04970

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A high-performance brain–computer interface Free access

Gopal Santhanam et al.  Nature 442, 195-198 (13 July 2006) doi:10.1038/nature04968

Abstract | Full Text | PDF | Supplementary Information

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John P. Donoghue.  Nature Neuroscience 5, 1085-1088 (2002) doi:10.1038/nn947

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Motor-cortical activity in tetraplegics. Shy Shoham et al.

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A spelling device for the paralysed. N. Birbaumer et al.

Nature 398, 297-298 (25 March 1999) doi:10.1038/18581

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