從這一講，修復(fù)。我來給你講講，大腦如何控制外部設(shè)備。

這個技術(shù)我們很熟悉，因為電影里太常見了。像《鋼鐵俠》中，托尼·斯塔克用意念就能控制戰(zhàn)甲，動作非常自如。

那《鋼鐵俠》這樣的技術(shù)和腦機接口能修復(fù)人類身體機能有什么關(guān)系呢？這是我在這一講要回答的問題，也是金字塔第一層，修復(fù)。

所謂修復(fù)，最開始科學(xué)家就是想讓機器替代人類身體的一些機能。你可能已經(jīng)想到了智能義肢，沒錯，這就是一種替代，給截肢的人裝上機器假腿，讓他們重新行走。

但今天，我會從大腦控制外骨骼講起，告訴你為什么應(yīng)用腦機接口技術(shù)，修復(fù)身體這件事和電影想象的特別不一樣。

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如果你對“外骨骼”這個詞有點陌生，你可以想象，外骨骼就等于現(xiàn)實中的鋼鐵俠里的戰(zhàn)甲，樣子會簡陋一點，功能也沒有那么強大。

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2014年巴西世界杯開幕式，青年利亞諾·平托（Juliano Pinto）就是穿了這樣龐大、笨重的機械戰(zhàn)甲，踢出了當年世界杯的第一球。

2014年巴西世界杯開球

雖然，當時踢球動作只持續(xù)了2秒，甚至很多人沒注意到。但利亞諾本人在開球后興奮地大喊，“我感覺到球了”。

他為什么這么激動？我多講一點背景信息，你就知道了。6年前因為車禍，造成利亞諾脊髓受傷，之后他都在輪椅上度過。在全身癱瘓前，他是一名運動員，而之后呢，他從胸到腳趾，都沒了任何知覺。

開幕式上，利亞諾之所以能踢球，是用腦機接口操控了那副笨重的機械外骨骼才完成的。所以這一腳球?qū)麃喼Z的意義，幾乎是無價的。

不過，對這件事的討論卻逐漸走向兩極。有一些人認為是科學(xué)盛事，第一次在實驗室外，實現(xiàn)腦機接口控制下肢運動。這一腳對腦機接口來說和阿波羅登月差不多，你看，這就給了一個非常高的肯定。但另一些人呢，他們認為這次開球并不成功，動作只有2秒，很難判斷是不是利亞諾靠大腦操控完成的，技術(shù)事實難以驗證。

那問題出在哪里呢？

我們要承認，大自然看上去稀松平常的那種創(chuàng)造的生命能力，其實都是極為精妙的復(fù)雜設(shè)計。即使人類最優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師，他們要復(fù)制自然界龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，面臨的問題還是太多了。就連世界杯上那套笨重的戰(zhàn)甲，都是腦機泰斗，杜克大學(xué)神經(jīng)學(xué)家米格爾·尼科萊利斯（Miguel Nicolelis）教授組織全球二十多個國家的實驗室才能完成的。

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我?guī)愫唵瘟私馄渲械膬蓚€核心技術(shù)難點。

第一個就是“感覺”反饋。

“感覺”反饋，就是我們對環(huán)境的溫度、硬度、壓力等等各種情況的感受，你可以通過你的感覺細胞，給大腦送去對外界的反饋。比方說，手感覺太燙了，就會縮回來。聽起來這事沒什么復(fù)雜，但千萬別忘了，癱瘓病人是沒有任何感覺反饋能力的。

那你會想啊，沒有“感覺”反饋能力，究竟會怎么樣呢？

我舉個例子，你用手去抓一根鐵棍，會用很大的力氣，如果拿起一顆雞蛋呢？你會輕拿輕放。但是如果換成控制機械臂就不一樣了，機械臂表面沒有感覺細胞，它不能分辨這個東西到底是鐵棍還是雞蛋，如果用拿鐵棍的力氣去拿雞蛋，雞蛋很可能會碎掉。

所以沒有“感覺”反饋，大腦發(fā)送錯誤指令的機會就非常大。

尼科萊利斯教授是怎么解決這個問題呢？他打造的這套機械戰(zhàn)甲，做了一種“人造皮膚”來模擬“感覺”反饋。

這層所謂“皮膚”其實就是一堆傳感器。尼科萊利斯教授把它附在“機械戰(zhàn)甲”外部，用來探測接觸地面的信號，比如觸覺、溫度、壓力等等。通過人造皮膚的反饋，利亞諾可以判斷地面信息，現(xiàn)在是踩在瀝青地面上了，還是草地上了？根據(jù)不同的反饋，他就可以調(diào)整機械戰(zhàn)甲行動的力度和速度。

這就是目前腦機接口最重要的研究方向之一：如何更好地重建“感覺”反饋。這方面，美國匹茲堡大學(xué)安德魯·施瓦茨（Andrew Schwartz）教授的實驗室就做得非常好。

除了“感覺”以外，第二個非常重要的事情就是“訓(xùn)練”。

你可能沒想過，腦機接口是需要訓(xùn)練的。因為現(xiàn)在的腦機設(shè)備并不能做到像我們戴眼鏡一樣，戴上就能視力大增。想要順暢使用腦機接口，需要使用者和機器不斷磨合，持續(xù)訓(xùn)練才可以。

像利亞諾在開球之前，他經(jīng)歷了6個月的集中訓(xùn)練。從技術(shù)層面上看，“踢球”這個動作是很簡單的，難點是“訓(xùn)練”過程有點反人類。為什么這么說呢？

利亞諾是用非侵入腦機操控戰(zhàn)甲的，他得戴一個電極帽，讓科學(xué)家們采集他的大腦信號。在訓(xùn)練中，他的任務(wù)就是做“運動想象”。我們一聽“運動想象”，感覺很容易，是不是就是想象讓我的腿“向前走”、“向后走”，然后機器呢就會按照我們的想法走了呢？完全不是。

大腦解開的腦電范式非常有限。我們壓根不知道這種復(fù)雜的運動活動，腦電反應(yīng)是什么樣的。所以利亞諾這樣的受試者去做“運動想象”，具體想些什么呢？

他想象的是“眨眼”，或者想象“動舌頭”。這些信號是科學(xué)家可以采集到的，這就是“運動想象”。然后，科學(xué)家再把這個信號，翻譯成讓機器向前走的指令，這個過程是不是很擰巴？

而且，每個人的腦電范式都有非常大的差異，每一次一樣的運動想象，大腦神經(jīng)元的活動都是不一樣的，這給腦控設(shè)備帶來非常大的挑戰(zhàn)。

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當然我剛才說的，只是抓了一些重點，比如說“感覺”和‘訓(xùn)練“。真正用腦機接口操控設(shè)備，這件事有多復(fù)雜，遠遠超過想象。

我可以舉個一個幾年前小案例，一位癱瘓很多年的志愿者在實驗室里，經(jīng)過訓(xùn)練已經(jīng)可以控制機械臂，在三維空間里去抓取一個東西了。但完全一樣的實驗環(huán)境里，只要你在他身邊放一個紅色小球，其他什么都不變，他的完成度就會大大降低，甚至無法完成了。

所以，一個紅色小球，如此輕微的干擾都會對腦機操控有這么大的影響。那你可以想象，利亞諾在嘈雜的足球場上，能不能做到實驗室水平的操控，真的說不準。所以腦機操控完成復(fù)雜任務(wù)，真的還有很長的路要走。

我想你可能還有一個疑問，用機器來替代我們身體的功能，這就是身體修復(fù)嗎？我認為從功能實現(xiàn)角度來看，當然是的。如果腦控外骨骼可以讓癱瘓的人直立行走，這當然是對他們行動能力的恢復(fù)。包括如果我們讓閉鎖癥患者，就是完全無法與外界溝通的人，能夠使用腦機打字，那這也是對他們溝通能力的修復(fù)。

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上面我說的這種修復(fù)是，用機器替代身體機能。接下來要說的這種修復(fù)，是自身身體功能的恢復(fù)。

還是尼科萊利斯教授的腦機實驗，有一位癱瘓的女士，經(jīng)過23個月的訓(xùn)練后，竟然恢復(fù)了部分行動的能力。她可以在沒有外骨骼，也沒有腦機設(shè)備的幫助下，僅靠簡單的輔助工具，比如拐杖，就能短暫行走了。

要知道她已經(jīng)14年沒有走路了，正是在腦機幫助下，持續(xù)讓大腦和腿部神經(jīng)元放電，病人原本斷裂的神經(jīng)回路，發(fā)生了重連。

目前，我們正在做的也是類似這種原理的腦機，用于對中風偏癱患者進行主動康復(fù)訓(xùn)練的技術(shù)，結(jié)合了非侵入腦機和功能性電刺激。

我們會在病人做運動想象的時候，刺激他們相應(yīng)的癱瘓部位。比如病人想象抬臂的同時，刺激癱瘓的上臂，時間久了之后，大腦運動皮層和癱瘓上臂的神經(jīng)元連接就會重建。再之后，病人再想抬上臂的時候，上臂就會自然抬起來。

總結(jié)一下，在修復(fù)這一層，腦機接口正在嘗試為癱瘓、中風的病人提供更多的治療機會。持續(xù)訓(xùn)練帶來的，甚至不只是機器替代身體，而是原本的身體得到了治療和恢復(fù)。雖然距離技術(shù)成熟也需要更多時間，但科學(xué)家一直在努力，因為這是人類了解自身必須邁出的一步。