一项能让瘫痪病人重新动起来的研究绕过脊髓,连接大脑信号和肢体的无线系统
2017-05-19杨思敏张薇
杨思敏 张薇
当大脑可以绕过脊髓,通过外界全新的“信息通道”直接给肌肉传递信号,瘫痪病人重新获得灵活的关节和手指—这充满未来感的医疗新科技并不是人们的幻想,在来自美国俄亥俄州的伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)身上,瘫痪不再是不可治愈的难题。
7年前,19岁的伊恩不幸遭遇海浪的袭击导致颈椎脊髓损伤,他因此瘫痪,也失去了几乎全部的手部运动能力。对于一个正值青年的小伙子来说,这无疑是毁灭性的打击,直到2014年,在“神经旁路系统”(neural bypass system,NBS)技术的帮助下,一个微型芯片被植入他的大脑,他的手臂、手腕和手指,统统“复活”了。
脊髓损伤导致的截瘫是因为传递神经控制信号的通路被损坏,肌肉无法接受由大脑传递的运动“命令”。这类神经损伤很难修复,想方设法绕过脊髓传递神经信号就成了科学家们研究的热点。NBS是近年来备受科学界和医学界瞩目的新技术,它可以在大脑和手臂之间建立一条新的通道,让患者恢复控制自身肢体运动的能力。这项研究始于2012年,由美国巴特莱纪念研究院和俄亥俄州立大学医学研究中心共同开展。目前在纽约范因斯坦医学研究院的查德·布顿(Chad Bouton)教授是该项目的主要负责人,他从伊恩受伤时就十分关注他,2014年,他推荐伊恩成为该项目的第一个参与者,并主导了恢复全程。
实验的初期,研究员为伊恩播放手部运动的三维动画,让他想象自己在按照动画做手部运动。接下来,布顿和他的同事们用fMRI(功能性磁共振成像)对伊恩的大脑进行扫描,确定了大脑皮层控制运动区域的精确位置。伊恩大脑中的芯片检测到产生活动的脑电波,计算机通过一种特殊的算法将大脑信号解码,再把神经脉冲转化为电子信号,最后将这些信号转继到一个专门设计的“袖筒”上,上面的电极可以刺激手臂的肌肉。于是,伊恩就可以根据自身想法来对右臂进行自主控制。该设备不可以代替患者运动,却可以“复活”瘫痪病人的肢体,作为医疗器械辅助患者“施令”,它有个很酷的名字—NeuroLife。
伊恩还记得,当他第一次穿戴NeuroLife设备并将手臂伸进袖筒时,他跃跃欲试地移动手肘,并成功地做出张开手掌和握拳的动作。“这一刻太神奇了!”他说。
2014年,查德團队把芯片植入了伊恩的大脑,他成为了第一个可以通过自己的意念活动手指和手腕的瘫痪者,在当时已引起了媒体和科学界的大量关注。此前的突破中,伊恩已经可以拿起一只勺子,在适应了NeuroLife的操作方式之后,他可以完成更多动作了,包括接电话,搅拌饮料,刷信用卡,甚至在平板电脑上玩音乐类按键游戏。而且,通过数百次治疗辅导,人与机器的多次训练“磨合”,伊恩再想象某个手部运动时,算法就会识别出来,并驱动肌肉完成这个动作,算法和人类一样有了“记忆”。
现在,这套系统已经成为了伊恩身体的一部分——伊恩使用得越频繁,它就能从脑电波中学习更多,更加了解如何控制动作。研究者们希望这只是一切的开端,2016年,他们确认了另外4名测试NeuroLife系统的候选人,开始了新一代的实验。查德教授在采访中谈到,希望将这套新技术继续发展下去,最终使得脑中风、颅脑损伤等各种神经运动障碍的患者都能获益。
2016年4月14日,相关研究论文刊登在了美国《自然》周刊上。文章中说,这项新型技术将发展成为一种连接大脑信号和肢体的无线系统,在未来,它将真正改变患者的生活。伊恩在一次采访中说:“参与这项研究在身体上给我带来了巨大改变,更重要的,是它给我的生活带来了极大的希望。”