因脊髓損傷而癱瘓的患者可能面臨嚴峻而艱苦的康復過程，並且功能的恢復遠非易事。但是上週發表在《科學報告》上的一項新研究可能為那些患有截癱的人帶來一些希望。研究人員首次展示，使用所謂的腦機介面（BMI）——本質上是假肢裝置和神經系統之間的賽博格連線——學習使用BMI控制的裝置的過程可以觸發慢性脊髓損傷患者的顯著神經功能恢復。儘管研究人員確實預計他們的患者在使用該裝置（一種旨在移動他們腿部的BMI控制的外骨骼）學習行走方面會取得進展，但感覺和無需輔助運動的恢復完全出乎意料。《大眾科學》《思想》欄目採訪了神經修復學先驅、杜克大學神經工程中心創始人兼主要研究作者米格爾·A·L·尼科萊利斯，瞭解有關這些發現和該領域總體情況。
腦機介面實際上是如何工作的？我們首先使用腦電圖（EEG）——或者說腦電描記術；換句話說，在頭皮上使用電極帽來記錄來自外部的[大腦]活動。最初，我們要求患者思考行走，但起初沒有訊號變化，因為他們的大腦基本上已經忘記了擁有腿是什麼感覺。然後我們說，“不要想移動你的腿，而是想你在移動你的手臂。” 在這裡，我們開始看到腦電圖活動，這被用作初始訊號，開始在虛擬現實環境中訓練他們。他們被要求透過首先思考移動他們的手臂，然後逐漸地，他們的腿，來控制他們自己在足球場上行走的虛擬化身的運動。
一旦他們掌握了這一點，我們就為他們配備了靜態的機器人[腿]，從僅僅控制虛擬化身的運動轉變為控制外骨骼並實際嘗試行走。我們檢測到大腦訊號，表明患者正在嘗試行走，並且可以將這些訊號傳送到外骨骼，然後外骨骼為他們完成機械工作，從而使患者能夠移動。但我認為這裡最重要的創新是，我們首次可以從外骨骼向患者生成非常豐富觸覺反饋，以便他們具有行走的感覺。他們可以感覺到機器人腳接觸地面的時候。
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訣竅是將這些感覺提供給患者的手臂，鑑於這些是截癱患者，而不是四肢癱瘓患者[所有肢體癱瘓]，他們的手臂功能正常且感覺正常。患者當然會在嘗試行走時看著他們的腿，並且由於視覺訊號在大多數時候會覆蓋觸覺訊號，他們的大腦會將訊號轉換為他們的手臂，並且[他們]開始感覺到似乎來自他們癱瘓的腿的感覺。這是一種幻肢般的感覺。他們會說，“我感覺我的腿在移動，並且我在自己行走”，即使他們是在外骨骼內部並且機器人正在移動他們。所以真的，我們是透過使用皮膚作為感測器來欺騙大腦。
參與您的腦機介面專案的患者看到了哪些改善？
我們觀察的所有患者最終都報告說感覺到了脊髓損傷水平以下的感覺。我們也開始看到運動恢復。他們開始自願控制一些肌肉，這是自他們受傷以來第一次，在某些患者中，這已經超過10年了。我們還注意到，患者開始在腸道蠕動和膀胱控制方面表現出改善，這在脊髓損傷中可能會受損，並可能導致嚴重的感染。因此，他們也正在經歷內臟方面的改善。
隨著他們的改善——使用頭皮記錄——我們看到下肢在皮層中的表徵擴大了，這在他們受傷後已經消失了。在一年結束時，一半的患者已從完全癱瘓重新歸類為部分癱瘓。自從研究結束以來，所有七名繼續與我們在一起的患者都已被重新歸類為部分癱瘓。
以前見過這種結果嗎？
據我們所知，這是第一個表明腦機介面可以觸發截癱患者部分神經功能恢復的研究。因此，我們非常驚訝，當然也非常高興。在此之前，這些介面被認為是潛在的輔助技術，而不是療法。
患者在看到效果之前接受了多長時間的治療？療程頻率如何？
每個患者的時間各不相同，但大多數患者接受了長達一年的治療。我們大約在七個月時開始看到改善。我們總共觀察了八名患者，所有患者每週都接受大約兩次一小時的訓練課程。
這項技術存在任何安全隱患嗎？
不，我們不這麼認為。我們沒有看到任何副作用。
還有其他干預措施可以幫助截癱患者康復嗎？
據我們所知，至少在這個程度上沒有。偶爾會有關於人們改善的報告。透過刺激脊髓[使用硬膜外電刺激]，醫生已經能夠在一些患者中誘導運動——但是一旦他們關閉刺激，患者就會停止移動，並且沒有長期恢復。
下一步是什麼？
我們獲得了繼續跟蹤這項研究中的患者的許可，並且我們還招募了第二批患者來嘗試進行一系列安慰劑對照研究。因此，我們計劃繼續評估感覺和運動恢復隨時間的演變和程度。我真的認為這將是重大的。我們正在重新訓練人們的大腦以重新獲得行走的概念。我們花了15年時間，但我們做到了。