有无数科幻作品都曾设想过，如果将人脑与电脑相结合，用意念操控机械，那么“残疾”、“截瘫”之类的词汇就将永远变为历史。然而，最近发表在《自然》杂志上的一项研究却展现了另一种截然不同的思路——想用电脑帮助截瘫人士，可未必非得要用机械臂不可。
在电影《美国队长3：内战》中，战争机器罗德斯从高空坠落瘫痪，钢铁侠设法用机械装置帮助他恢复。现实中科学家有没有办法拯救类似的不幸？图片来源：《美国队长3：内战》截图
这一回，科学家的思路“绕了个弯”——对于一些截瘫患者而言，他们身上绝大多数的神经和肌肉都是完好无损的，仅仅是脊髓上受了点创伤，使得来自脑子的神经信号没法顺利送达肌肉而已，既然如此，只要设法让他的神经信号到达指定位置不就行了么？
事实上，不久前就有研究者就在受伤的老鼠身上基本做到了这一点[2]，不过老鼠向来头脑简单，四肢也发达不到哪去。所以这一回，科学家决定要在更接近咱人类的动物身上试试水。啥动物接近人类呢，数来数去，猴子算是个好选择。
研究者手中的灵长类脑模型和模型上的脑部植入物。这个小小的植入物能够探测猴脑运动皮层的活动。图片来源：Alain Herzog / EPFL
脑洞可以漫天乱开，事情还是得一步一个脚印做。科学家的第一步是要设法从大脑中把运动信号提取出来。这年头，采集大脑中的神经信号已经不是啥难事了，往猴脑运动皮层当中植入一个电极阵列，科学家就可以将一块脑区当中所有的信号尽收眼底。不过单知道信号还不够，科学家还得把这些信号和特定的运动联系起来。为此，他们用上了动作捕捉技术。
猴子的正常步态和右后腿主要肌肉的活动情况。这些记录让研究人员得以构建猴子行进时，相关神经元活动的时空分布图谱。图片来源：Capogrosso et al.
接下来，科学家又如法炮制地获取了脊髓神经元活动和特定肌肉运动之间的关系，这下几级神经信号和运动的关系算是都理顺了。他们在猴子的脑部运动皮层植入电极阵列，在腰椎脊髓内植入电刺激装置——这一装置能够向脊髓中控制右后腿运动的神经元进行刺激。
研究者先在正常猴子身上调试了他们的脑机接口（BSI）。图示不同的刺激频率下猴子的步态。图片来源：Capogrosso et al.
到万事俱备，科学家马上找（制）来（造）了两只脊椎中段受伤导致右后腿无法动弹残疾猴。仅仅在受伤后六天猴子就能借助这一系统勉强让残腿参与行进：开关开启，猴脑中的电极阵列迅速记录下猴子脑部的神经信号，并将其无线传输到附近的电脑中，电脑分析出猴子的运动意图后，再把信号发送给末端脊髓内的电刺激装置，给予脊髓特定的刺激来让下肢做出正确的动作。
该脑机接口的工作流程示意图。植入脑部的微电极阵列记录运动皮层的神经活动（1）传输给主控电脑即时进行运动状态解码（2），再通过无线传输将信号传给电刺激装置（3），对因脊髓受伤而无法接受脑部信号的神经元进行电刺激（4），令本已瘫痪的右后腿恢复运动能力。图片来源：参考文献[1]
利用这套系统，配上一定的训练就可以让猴子大致恢复运动功能。可以看出当刺激装置被关闭时（BSI OFF）猴子的右后肢完全不能动弹，但是一旦开启刺激装置（BSI ON），猴子的运动功能就基本恢复了。
另一只猴子在受伤后16天的行走表现。图片来源：参考资料[1]
纵然还有点踉跄，但这第一步已经足够完美。在这个时代，我们每天都在见证着世界的变革，一些东西也许会倒退，然而科技永远在向前。也许在不远的将来，截瘫将不再令人绝望——因为科学在不断引入希望。
（编辑：Calo）
参考资料：
- Marco C. et al. A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates. Nature 20118, (2016)
- Moraud, E. M. et al. Mechanisms underlying the neuromodulation of spinal circuits for correcting gait and balance deficits after spinal cord injury. Neuron 89, 814–828 (2016).