人工智能首次帮助瘫痪男子恢复动作和触觉

图1：在 2010 年遭受严重脊髓损伤后，伯克哈特在他的运动皮层植入了微型芯片，将大脑电信号转到电脑上控制手臂

4 月 29 日，据外媒报道，触觉是我们感受外部世界不可或缺的感官，但许多人却因脊髓损伤或因患病瘫痪而失去这种能力。不过，最近非营利组织巴特尔研究所的研究人员宣称，他们首次利用脑机接口（BCI）技术帮助一名美国瘫痪男子恢复了手部触觉。

这名男子名叫伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)，他在 2010 年参加潜水活动时发生事故，脊髓断裂导致全身瘫痪。伯克哈特不仅无法走路，手臂的活动范围也仅限于肩膀和二头肌，几乎完全失去了触觉。

2014 年，伯克哈特参加了巴特尔研究所的 NeuroLife 项目。该计划是在伯克哈特的大脑中植入米粒大小的微型芯片，并用它来改善其手臂的运动范围，并人工重建触觉。现在，在开始这项研究六年后，伯克哈特已经能够感觉到物体，并有足够的手臂控制力，甚至可以玩《Guitar Hero》。

严重的脊椎损伤会阻碍来自大脑的信号，这些信号要求四肢移动并提供感觉反馈。研究人员发现，伯克哈特的大脑与其手臂和腿之间只有几束脊髓纤维存活下来。领导这项研究的神经学家帕特里克·甘泽(Patrick Ganzer)说：“即使只有少部分纤维，也能在大脑中产生信号。只是这些信号过于微弱，患者感觉不到任何东西，手臂也无法移动。”

对此，甘泽等人提出了一个有趣的假设：从大脑中提取这些微弱信号，解码它们的意思，并将它们传递到四肢，就可以绕过脊椎，重新将大脑和身体连接起来。问题在于，触摸和运动的信号在大脑中显得杂乱无章，因为每个动作都对应独特的信号，而伯克哈特脑袋里的芯片每次可以接收大约 100 个不同的信号。

图2：当伯克哈特想移动右手时，它会在大脑中产生电信号，由计算机处理，然后发送到前臂的电极上，刺激他的肌肉，使他能够执行运动

为了实现上述设想，甘泽等人设计了复杂的设置，将伯克哈特的大脑连接到计算机上。运动皮层中的芯片通过头骨后部的端口发送电信号，然后再通过电缆传输到附近的电脑上。软件程序会解码大脑信号，并将它们分离为与预期运动和触觉相对应的信号。代表预期运动的信号被发送到环绕伯克哈特前臂的电极套，触摸信号则被发送到他上臂周围的振动带。

起初，甘泽专注于在没有触觉的情况下恢复伯克哈特手臂的运动。短短几个月，他的手就部分恢复了活动。不过，没有触觉反馈，伯克哈特抓握东西非常吃力，握力几乎不受控制。

然而，给这套系统增加触觉更加困难。为了梳理出与触摸相对应的独特信号，甘泽等人开始对伯克哈特的拇指和前臂进行有针对性的刺激。通过观察当压力施加在手上的大脑信号变化情况，研究人员能够在更强运动信号的情况下识别出微弱的触摸信号。

这意味着计算机程序可以将来自伯克哈特脑机接口的信号分开，从伯克哈特的手传递到大脑的微弱压力信号可以转化为振动，让他知道自己正在触摸物体。在测试中，伯克哈特可以近乎完美地准确地分辨出他何时触摸到物体。

开始的时候，触摸带是十分简单的开关振动装置。但甘泽等人对其进行了改进，使其可以根据伯克哈特抓握物体的硬或软来改变其振动，这类似于视频游戏控制器和手机向用户提供反馈的方式。

现在甘泽已经在实验室中展示了这项技术，下一步是改进该系统以供日常使用。该团队已经将系统中使用的电子设备缩小到 VHS 磁带大小的盒子，可以安装在伯克哈特的轮椅上。笨重的电极系统也被缩减为相对容易拿起和脱下的套筒。最近，伯克哈特首次在家中使用该系统，通过平板电脑对其进行控制。

鉴于脑机接口技术具有侵入性，必须通过手术植入，这类系统在四肢瘫痪患者中广泛使用可能还需要很长时间。不需要手术的非侵入性脑机接口技术似乎更有潜力，但该研究尚处于非常早期的阶段

人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，如机器学习，计算机视觉等等，总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。2017年12月，人工智能入选“2017年度中国媒体十大流行语”。