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不用動手,只要想一想,就把事辦成了。現在這已不再只是神話和科幻小說裡的故事,而是科學家正在研究的問題。既然我們肌肉的運動要受到腦訊號的指揮,那麼如果能把這些訊號取出來去控制機器,不就能做到這一點了嗎?可問題是,我們需要知道,控制某個動作的腦訊號究竟是隻來自某個特定的神經細胞呢,還是來自許多神經細胞的協同活動?如果是前者的話,那麼要找到這樣的細胞可就像大海撈針一樣難辦了。

美國杜克大學的尼柯萊利斯教授發現答案是後者。但是這些組合起來的神經細胞可能參與各種各樣的動作,究竟會做出哪個動作,就必須透過分析蒐集到的神經訊號來確定。

尼柯萊利斯在猴子腦運動區的許多部位埋藏了電極微絲,然後訓練猴子透過操縱桿去移動計算機螢幕上的游標。猴子在做動作的時候,插在猴腦裡的電極記錄下運動神經元的活動,並把這些訊號輸入到計算機裡進行處理,以找出這些訊號和操縱桿運動之間的關係。當計算機完成了這樣的分析後,研究人員就用腦訊號,而不是用操縱桿的輸出訊號去移動游標了。不久以後,猴子也發現它根本不用動手,只要想想就可以移動螢幕上的游標。當然,研究人員還會採取獎勵措施,如果游標移動正確,猴子就會得到果汁,這樣猴子用思想來移動游標就越來越熟練了。從這個實驗中,我們很自然地就會想到,既然猴子的腦訊號能夠指揮游標,那麼它應該也可以操縱機器。

2008年1月10日,尼柯萊利斯實驗室的猴子依多亞成功了,它用意念驅動了一臺遠在日本京都的機器人“計算的腦”穩步行走。

在正式做實驗的那一天,記錄到的資料透過高速網際網路源源不斷地輸送到半個地球之外的“計算的腦”,而機器人腿的活動情形又送回到依多亞面前的一塊螢幕上給它看。如果依多亞能夠讓機器人的關節活動和自己的相應關節的活動同步,就給它獎勵。當依多亞開步走的時候,“計算的腦”真的也邁開了同樣的步伐!尼柯萊利斯認為:“腦把機器人也當作了自己身體的一部分。它在運動皮層的不同區域建立起機器人的代表區。”也就是說,讓機器人運動的命令就是從這些區域發出來的。(顧凡及)

【微博士】癱瘓患者又能自行取食了

2012年5月12日,《紐約時報》報道了一則訊息,有癱瘓患者用意念指揮機械手喂自己喝咖啡。這位患者因為中風全身癱瘓,已經有15年生活不能自理。科學家把一片像嬰兒服用的阿司匹林般大小的電極植入患者的運動皮層區,電極片上有96個電極絲。這位患者植入電極雖已有5年之久,但迄今為止仍一切正常。不過科學家對此還不敢過於樂觀,時間更長是否會有問題還不知道,現在還只是處於實驗室試驗階段。另外,能不能用意念直接指揮癱瘓了的手腳這個問題也沒有解決,這一切還有待研究。不過這初步的成功已經足夠令人鼓舞了。

【微博士】用無損傷的腦電控制機器

上面介紹的方法雖然取得了很大的成功,但是要在腦中插入許多電極,這顯然還是許多患者不願意接受的。因此科學家就想到用一般醫院裡常用的腦電記錄儀採集腦電訊號來控制外部裝置,這樣對患者就沒有任何傷害了。中國就有許多科學家正在從事這方面的研究,現在他們已經能只用腦電訊號撥打手機,指揮輪椅在室內行動等。一些科學家還希望利用腦電監測駕駛員的疲勞程度,及時發出警報,避免造成交通事故。國外也有許多科學家在做類似的研究。

【微問題】有人在中風後,全身只有兩眼還能上下運動,但他卻設法和人溝通並出版了講述他這一經歷的書。那他是怎樣和人交流的?

【關鍵詞】腦訊號 意念 控制機器 腦區

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