一项由多机构研究团队进行的研究发现，长期严重瘫痪的患者能够通过大脑中负责自主运动的区域生成信号，这些信号可以被检测、记录并传输到计算机，转化为行动，从而使瘫痪患者能够完成基本任务。

在2006年7月13日出版的《Nature》期刊中，研究人员首次发表了BrainGate神经接口系统临床试验初期参与者的研究成果。BrainGate是一种由美国马萨诸塞州Foxborough的Cyberkinetics Neurotechnology Systems公司开发的“神经运动假体”。

首位试验患者是25岁的马萨诸塞州男子Matthew Nagle，他因2001年的严重脊髓损伤导致颈部以下瘫痪。2004年6月，他在罗德岛医院接受了BrainGate传感器植入手术，并学会仅通过思考移动鼠标光标来控制计算机。在2004年7月至2005年4月期间，他在新英格兰西奈医院和康复中心进行了57次训练，学会了打开模拟电子邮件、使用计算机绘图程序绘制圆形图案，以及仅通过思维玩简单的电子游戏“神经乒乓”。他甚至可以在与人交谈的同时改变电视频道和调整音量。他最终能够打开和关闭假肢手指，并使用机器人肢体抓取和移动物体。

尽管在植入传感器6.5个月后神经信号有所下降，Nagle仍积极参与试验，并为BrainGate技术的研发提供了宝贵的反馈。第二位患者是一名55岁的男子，他在2005年4月接受了传感器植入手术，由芝加哥大学的外科医生进行手术，并由芝加哥康复研究所和Cyberkinetics的研究人员进行随访。尽管设备最初存在电气问题，但在修复后，他在试验的第7至第10个月学会了控制光标，直到第11个月时大部分电极出现信号丢失。

研究的高级作者、布朗大学脑科学项目主任John Donoghue教授表示：“研究结果表明，未来有可能通过这些脑信号激活肢体肌肉，从而有效地通过物理神经系统恢复大脑与肌肉的控制。”

BrainGate系统由一个4x4毫米的传感器组成，其大小与婴儿阿司匹林相当，包含100个比人类头发还细的微电极。传感器被植入负责自主运动的大脑区域——运动皮层的表面。这些电极深入大脑表面约1毫米，能够从附近的神经元中捕捉到电信号（即神经脉冲，俗称大脑的语言），并通过细金线传输到患者头皮上突出的钛基座。外部电缆将基座连接到计算机、信号处理器和监视器。

将数字化的意图转化为有意义的行动并不简单。活跃的神经元每秒发射20到200次，并以团队的形式工作。科学家们早已能够监听单个神经细胞，但在1996年之前，没有人开发出可靠的系统来直接从大脑细胞群中收集精确数据。那一年，Donoghue和他的博士后学生Nicholas Hatsopoulos修改了现有传感器，并首次用于记录猴子大脑中多个神经细胞的信号。

为了进入人体试验阶段，Donoghue、Hatsopoulos、Gerhard Friehs和Mijail Serruya等人于2001年在布朗大学成立了Cyberkinetics公司，并于2002年与传感器制造商Bionics合并，筹集了500万美元，并向FDA申请批准进行试点临床试验。试验于2004年启动，目前已有四名患者参与。

对于每位试验患者，传感器插入后会立即开始训练。志愿者被要求想象用一只手控制计算机鼠标的动作。研究人员研究数据并建立过滤器，将神经脉冲模式转换为二维指令。

尽管BrainGate系统仍处于初期阶段，且存在体积大、信号质量不稳定等问题，但研究团队正在不断改进系统。下一步计划包括开发更快、更精确的算法，以帮助计算机跟上神经输入的速度，并开发更便携的无线系统。研究人员还在探索新的应用，例如让脑机接口系统控制轮椅或其他设备，从而为严重瘫痪患者恢复一定的控制和自由。

在6月举行的美国脊髓损伤协会会议上，芝加哥康复研究所脊髓损伤康复项目的医学主任David Chen博士展示了第三位试验参与者的初步结果。这名患者因脑干中风无法说话，但能够以显著更稳定的方式控制光标。他可以随意停止光标移动，“点击”图标，并使用辅助软件输入信息。

“我们相信这些进展最终能够使瘫痪患者控制通信设备、医疗设备、计算机控制的机器人、轮椅，甚至是他们自己的肢体，”Cyberkinetics公司CEO Timothy Surgenor表示。

哈佛大学的Leigh R. Hochberg博士是《Nature》论文的第一作者，也是这项试点试验的主要研究员。他表示：“感谢我们初期试验参与者的慷慨和开拓精神，他们在没有期望获得任何个人利益的情况下志愿参与试验。虽然还有许多工作需要完成，但希望有一天我能说：‘我们已经开发出一种技术，可以让你重新行动。’”

参考文献：

Leigh R. Hochberg, M.D., Ph.D., Massachusetts General Hospital, Spaulding Rehabilitation Hospital and Instructor, Harvard Medical School; John P. Donoghue, Ph.D., Founder and Chief Scientific Officer of Cyberkinetics, Professor and Director of the Brain Science Program, Brown University; David Chen, M.D., Medical Director, Spinal Cord Injury Program, Rehabilitation Institute of Chicago; Richard Penn, M.D., Professor of Neurosurgery, University of Chicago Hospitals; Mijail D. Serruya, M.D., Ph.D., Founder of Cyberkinetics and Department of Neuroscience, Brown University; Jon Mukand, M.D., Ph.D., Sargent Rehabilitation Center; Gerhard Friehs, M.D., Founder of Cyberkinetics, Associate Professor of Clinical Neuroscience, Brown Medical School and Director of Functional Neurosurgery at Rhode Island Hospital; Maryam Saleh, Cyberkinetics and the University of Chicago; Almut Branner, Ph.D., Cyberkinetics; and Abraham H. Caplan, Cyberkinetics.

联系人：

John Easton

芝加哥大学医学中心