Cell刊：脑机接口让脊髓损伤患者重新获得手部触觉

对于正常人来说触觉是最理所当然的能力，但那些脊髓损伤或脊髓疾病导致的瘫痪者要想恢复肢体功能，却必须经过重建触觉这一步。

脊髓严重损伤的受试者恢复了手部触觉

美国巴泰尔科研中心(Battelle Institute)和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心(the Ohio State University Wexner Medical Center)的研究团队已经成功利用脑机接口(BCI)系统帮一位脊髓严重损伤的受试者恢复了手部触觉，并于4月份在Cell上发表了相关研究成果《Restoring the Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface》。

导读

脊髓损伤（SCI）后，可以使用脑机接口（BCI）恢复瘫痪肌肉，以增强运动功能。触觉是运动功能的关键组成部分。在这里，研究人员证明具有临床完全脊髓损伤的人类参与者可以利用BCI利用自己的手残留的触摸信号来同时恢复运动功能和触觉活力。在初级运动皮层（M1）中，同时从正在进行的传出运动意图中多路分解残留的知觉下手部触摸信号，从而实现皮质内控制的闭环感觉反馈。使用闭环解复用BCI几乎完全恢复了检测物体触摸的能力，并显着改善了几种感觉运动功能。还可以从M1解码传入的握力强度级别，从而可以通过触摸信号调节握力。这些结果表明，可以从皮层解码知觉下的神经信号，并将其转化为意识知觉，从而显着增强功能。

该项研究的受试者是一位名叫Ian Burkhart的男子，他2010年在潜水时遭遇事故，损伤了脊髓。Burkhart 自2014年起一直参与“神经生命”（NeuroLife）项目并与科学家们合作，该项目旨在恢复他右臂的功能。

研究人员对颈脊髓损伤的患者进行了大量手臂和手皮肤刺激实验发现，在颈脊髓损伤后，手臂和手的皮肤刺激引起对侧初级运动皮层(M1)的强烈神经反应。

颈脊髓损伤后，手臂和手的皮肤刺激引起对侧初级运动皮层(M1)的强烈神经反应

巴泰尔科研中心首席研究员Patrick Ganzer表示：“这项技术能够捕捉人感知不到的触觉刺激，并把它加强至人能感知到的强度。同时，研究人员在这个过程中改进了一些功能，这是我们在首次成功恢复受试者触觉时的大发现。”

M1中的感觉和运动事件可以被解码，

从而使感觉运动的多路复用BCI控制和增强感觉运动功能

研究人员设计并研发了一种装置，通过他皮肤上的电极系统和植入他大脑皮层运动区域的微型电脑芯片来发挥功能。该装置用电线绕过了他脊髓损伤的地方，将运动信号从大脑传送到肌肉，在它的帮助下，Burkhart能够控制自己的右臂和右手完成端起咖啡杯、刷信用卡等动作，还可以玩吉他英雄游戏。

感知运动解复用:实时神经活动、解码和设备控制

研究人员发现，虽然Burkhart的手基本没有知觉，但当手部皮肤受到刺激时，一个微弱的神经信号仍然会传进他的大脑，只是该信号过于微弱，无法形成感知。对这种现象Ganzer解释道，即使像Burkhart这种临床鉴定为脊髓完全损伤的人，往往也有几束神经纤维保持完整。

研究人员通过触觉反馈装置，将触碰时微弱到难以察觉的神经信号人工地发回给Burkhart。触觉反馈常用于手机或游戏手柄的振动功能，以便让用户感觉到装置在运行。经过改良的新系统可以利用人工触觉反馈将Burkhart皮肤上的微弱/亚感知触觉信号发送回他的大脑。

可以从M1解码活动对象触摸以控制闭环感官反馈并增强手部感官功能

评估触摸解码器:跨线索类型的实时解码

改进的BCI系统给触觉功能带来的好处

• 该系统能让类似Burkhart仅靠触觉就能感知到物体的患者自己能找到并捡拾自己看不见的物品；
• 该系统也成为首个同时恢复运动功能与触觉功能的BCI系统，而且受试者一旦在运动过程中感知到经过增强的触觉，便能拥有更强的控制感，做起事情也更快；
• 经过这些改进的BCI系统能够感知握持或捡拾物体时所需的压力，比如对泡沫塑料杯之类的易碎物品需要轻轻地拿，而捡起重物的时候则需要用力抓握。

Burkhart表示：“想想就觉得很神奇，这个设备原先只能让我单向地控制自己的手，但现在我还能从它那里感受到手上的知觉。”

论文地址：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30347-0

参考：臻泰智能