在一項首次實驗中，靈長類動物僅用思想就能在電腦螢幕上移動和感知物體
當真實的大腦在現實世界中運作時，這是一個雙向的過程。大腦運動皮層的電活動沿著脊髓快速傳遞到需要移動的身體部位，同時來自皮膚的觸覺也透過脊髓迅速傳遞到大腦的體感皮層。我們大多數人如果沒有後者就很難完成前者：如果感受不到腳下的地面，就很難正常行走；如果缺乏咖啡杯的觸覺，大腦就無法感知手指應該握得多緊。在腦機介面方面已經取得了巨大的進步，透過植入電極，首先在猴子的大腦中，現在在四肢癱瘓患者和患有“閉鎖綜合徵”的患者的大腦中，將運動皮層的電活動轉化為可以移動假肢或電腦游標的輸出。然而，到目前為止，它們只解決了我們與世界互動的一半問題。一項新的研究為擴大這一能力帶來了希望。
由杜克大學醫學中心神經生物學教授米格爾·尼科萊利斯領導的科學家們報告了首個演示，其中靈長類動物的大腦不僅可以移動“虛擬身體”（電腦螢幕上的虛擬手），還可以接收編碼虛擬物體觸感的電訊號——並且清晰到足以從紋理上區分物體。該實驗涉及兩隻猴子。如果這項技術在人類身上奏效，它將對癱瘓患者產生很大的影響。尼科萊利斯說，他們不僅能夠行走和移動手臂和手，還能感覺到他們握住或觸控的物體的紋理，並感知他們行走的地面。“如果沒有來自環境的觸覺反饋，你無法產生運動行為，”他說。
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在10月6日出版的《自然》雜誌上報道的這項研究中，尼科萊利斯和他的同事在猴子的大腦中植入了兩組電極。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）一組感應運動皮層神經元的電活動，並將其轉化為在電腦螢幕上控制虛擬手臂的訊號。另一組電極位於體感皮層，接收來自虛擬手的電反饋。猴子們被訓練用自己的想法移動虛擬手臂，並觸控式螢幕幕上看起來相同的圓圈。觸控會觸發高頻電訊號的傳輸，該訊號旨在虛擬編碼物體的獨特紋理。猴子們瞭解到，只觸控三個物體中的一個就能獲得獎勵（果汁），因此它們有動力將虛擬手放在那個物體上，而不是另外兩個物體上。一隻猴子用了四次嘗試，另一隻猴子用了九次才學會僅透過紋理選擇所需的物體。“這是大腦第一次控制一個觸控物體並接收描述這些物體紋理訊號的虛擬手臂，”尼科萊利斯說。
腦機介面或“神經假體”領域的發展時斷時續。第一位癱瘓患者於1996年接受了神經植入，將思想轉化為電腦說出的文字。還有一些事故、中風或閉鎖綜合徵的受害者在他們的運動皮層中植入了電極，或將電極連線到他們的頭皮上，以將大腦中的電活動轉化為可以移動假肢、電腦游標或其他裝置的輸出。但並非所有的裝置都能正常工作，有些裝置在幾個月後就出現了退化。
這種令人失望的記錄即將改變。例如，在匹茲堡大學，由安德魯·施瓦茨領導的神經科學家已經開始招募因脊髓損傷而癱瘓的患者：與杜克大學的猴子一樣，由於體感皮層中的電極接收來自機械臂的資訊，他們也將能夠“感覺到”周圍的環境。施瓦茨說：“這將對於操作物體至關重要”，他的研究獨立於尼科萊利斯的研究。“給受試者觸覺……將是一項新的進步。”
尼科萊利斯說，這指日可待。他是“再次行走計劃”的創始人，這是一個國際合作專案，其目標是開發第一個腦機介面，透過“可穿戴機器人”為癱瘓患者提供完全的移動能力。想象一下：鋼鐵俠，一個全身外骨骼式的假肢，該介面由神經植入控制，捕捉來自運動皮層的訊號來移動腿、手、手指和所有其他部位，並且還佈滿感測器，將關於外部世界的觸覺資訊傳遞到體感皮層。受目前為止的進展的鼓舞，尼科萊利斯預測該裝置將於2014年準備好首次亮相；他的團隊計劃在當年6月巴西世界盃的開幕賽上釋出該裝置。“這是我們的登月計劃，”他說。