大多數身體健全的人認為他們執行簡單日常任務的能力是理所當然的---當他們伸手去拿一杯熱咖啡時，他們可以感覺到它的重量和溫度，並相應地調整他們的握力，以便沒有液體溢位。對手臂和手有充分感覺和運動控制的人，在觸控或抓住物體的瞬間就能感覺到他們已經接觸到物體，使他們能夠自信地開始移動或提起物體。但是，當一個人操作假肢時，這些任務就會變得更加困難，更不用說用意念控制的假肢了。

在一項新的研究中，來自美國匹茲堡大學等研究機構的研究人員描述瞭如何透過增加大腦刺激來喚起觸覺，從而使操作者更容易操縱大腦控制的機械臂。在實驗中，用人工觸覺補充視覺，將抓取和轉移物體的時間減少了一半，從中位時間20.9秒減少到10.2秒。相關研究結果發表在2021年5月21日的Science期刊上，論文標題為“A brain-computer interface that evokes tactile sensations improves robotic arm control”。

這些作者表示，從某種意義上說，這就是他們希望發生的事情，但也許沒有達到他們在正常人群中觀察到的程度。來自四肢和雙手的感覺反饋對於人們在日常生活中做正常的事情是非常重要的，當這種反饋缺乏時，人們的表現就會受到影響。

研究參與者Nathan Copeland是世界上第一個不僅在他的大腦運動皮層，而且也在他的軀體感覺皮層（somatosensory cortex）中植入微小電極陣列的人，其中軀體感覺皮層是大腦中處理身體感覺資訊的區域。電極陣列使他不僅能用意念控制機械臂，還能接收觸覺反饋，這與人體的脊髓完好無損時的神經迴路運作方式相似。

Copeland表示，他對刺激產生的感覺和在沒有刺激的情況下執行任務都已經非常熟悉；儘管這種感覺並不自然，但是它感覺像是壓力和輕微的刺痛，不過這從來沒有困擾過他。

雙向BCI系統概述，圖片來自Science, 2021, doi:10.1126/science.abd0380

在一場車禍導致他的手臂使用受限後，癱瘓了17年的Copeland參加了一項臨床試驗，旨在測試感覺運動微電極腦-機介面(BCI)，並植入了由貝萊德微系統公司(Blackrock Microsystems)開發的四個微電極陣列，通常也被稱為猶他陣列（Utah arrays）。

這篇論文是在早期研究---首次描述了使用微小的電脈衝刺激大腦的感覺區域以喚起人們的手的不同區域的感覺，即使他們因脊髓損傷而失去肢體感覺---的基礎上邁出的重要一步。在這項新的研究中，這些作者將從大腦讀取資訊來控制機械臂的運動與將資訊寫回去提供感覺反饋結合起來。

在一系列測試中，BCI操作員（即Copeland）被要求從桌子上拿起各種物體並將它們轉移到一個升高的平臺上，與沒有刺激的測試相比，透過電刺激提供觸覺反饋使這名參與者完成任務的速度提高了兩倍。

參考資料：Sharlene N. Flesher et al. A brain-computer interface that evokes tactile sensations improves robotic arm control. Science, 2021, doi:10.1126/science.abd0380.A. Aldo Faisal. Putting touch into action. Science, 2021, doi:10.1126/science.abi7262.