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“美麗的比賽”將在今年的世界盃開幕式上增加一個機器人元素。
一位身穿機器人套裝，頭戴裝有電極的帽子的巴西癱瘓人士將走上球場，並在世界盃6月12日開幕式上，藉助專門設計的外骨骼移動。帽子上的電極將檢測腦電訊號並提示腿部運動。
無數球迷將收看這場賽事，並見證一項技術的首次亮相。據其創造者稱，這項技術有朝一日將利用人們的腦電波來控制機器人肢體，並有效地使輪椅過時。 這次初步演示僅僅是一個早期原型，但杜克大學的神經工程師米格爾·尼科萊利斯是該專案的負責人，他設想未來腦機介面將使因事故或疾病而失去行動能力的人能夠重新站起來——即使需要機器人套裝才能實現這一目標。
這項技術的關鍵在於感測器，這些感測器監聽大腦中的大量電訊號，讀取這些訊號並將其轉化為數字指令，進而觸發人造裝置根據大腦的提示採取行動。
尼科萊利斯在2012年9月的大眾科學 (pdf) 上撰寫了他為世界盃演示所做的計劃。 為了更多地瞭解這項技術的現狀以及球場內外究竟會發生什麼，SA 在開幕式前一週採訪了尼科萊利斯。
[以下是經過編輯的對話記錄。]
幾年前，您已經希望您的技術能夠趕上世界盃開幕式的首次亮相。 您能否向我們介紹一下外骨骼在6月12日能夠做什麼？
在過去的幾個月中，我們合作的八位患者（[主要] 都在20多歲）能夠在實驗室中藉助外骨骼行走並踢球。 但他們也獲得了一種他們正在行走的感覺，這是該專案的關鍵目標之一——讓他們感覺到這不是機器在攜帶他們，而是他們真正在行走。 這已經發生了，因為他們不僅透過大腦活動控制運動，而且還從裝置獲得反饋，這些反饋傳遞到他們仍然有感覺的手臂上。 他們都有這種幻肢感覺——就像幻肢感覺一樣——這非常新穎。 我們不知道會發生這種情況，但這是一個非常重要的發現。
對於世界盃演示，我們的時間非常有限，因此這更像是一個象徵性的姿態，表明科學可以為全世界數百萬希望有一天能夠再次行走的患者提供希望。 這實際上是我們專案的啟動。 在16個月內，我們從零開始到完成整個專案——我們能夠按時交付並表明腦機介面擁有非常廣闊的未來。
那麼，選定的個人在那一天實際上會做什麼？ 像您在2012年寫到的那樣，走到球場上並踢球嗎？
我不能告訴你我們將要做什麼。 我不會告訴我母親，更不用說大眾科學——抱歉。 這對十億人來說是一個驚喜。
在微調大腦和機器人電路之間的通訊方面，這無疑是技術上覆雜的。 外骨骼的動作有多少是由人控制的，有多少是真正自動化的？
沒有人就沒有運動。 我們正在使用一種非侵入性技術，這是一種基於腦電圖 [腦電圖] 的介面。 因此，這個人必須想象他或她想要做什麼樣的運動，而這個決定會觸發外骨骼做什麼——何時停止，何時踢球。 2002年，我發表了一篇論文，我在其中討論了我們稱之為“共享控制”的概念，其中較高級別的決策由大腦做出，較低級別的機械操作由機器人執行。 即時地，這個人正在處理來自外骨骼的反饋，因此存在共生關係。 我無法告訴你每個部分佔多少百分比。
現在，是大腦傳送初始的“開始”訊號，但實際的步驟和踢球動作是預先程式設計到套裝的計算機中的嗎？
我們有幾位患者可以逐步調節腦電圖。 我們發現一些患者實際上有能力做到這一點，並且可以控制裝置的速度。 這只是在最近幾周才出現的。 我們有很多東西將在未來幾個月內釋出，表明我們實際上已經擴充套件了這種非侵入性介面的能力。 我們基本上是在為患者建立一種心理語言，讓他們可以控制各種動作，而我們才剛剛開始。 潛力非常巨大。
早期，您認為您必須將電極直接植入大腦才能操縱機器人肢體，但您實際上並沒有這樣做。 這些年輕人戴著裝有外部感測器的帽子，對嗎？
可植入技術尚未準備就緒。 它需要顯示出超過神經外科手術潛在危險的益處。 我是這項技術的非常堅定的支持者，但它尚未成熟。 它必須小型化和改進。 我們的八位患者對結果非常滿意，而且我認為他們不會對無法提供比我們外部感測器提供的更多運動益處的可植入技術感到滿意。
藉助我們在本月自然方法 (Nature Methods) 雜誌中討論的新型植入物，我們現在可以同時無線且同步地記錄約512個通道，這是以前沒有人做過的。 這些動物 [猴子] 能夠控制輪椅——它們透過大腦控制駕駛輪椅四處走動並完成各種任務，這表明這是可能的並且擁有非常美好的未來，但它目前尚未為患者做好準備。 [大眾科學 是自然出版集團的一部分。]
訊號來自腦電圖，但我的理解是腦電圖容易受到噪聲和汙染，尤其是來自肌肉和眼球運動的噪聲和汙染。 您是否採取任何措施來證明訊號來自大腦而不是這些其他來源？
我們同時記錄腦電圖，因此我們可以看到是否有任何影響。
從理論上講，外骨骼是否可以透過聲音或手指移動或類似的東西來同等地控制？
我不知道。 我們沒有嘗試過。
您是如何找到您在過去幾個月裡一直在合作的巴西患者的？
我們是與巴西的衛生部門合作完成的。 我們與該國最大的脊髓醫院合作——他們有65,000名患者——並選擇了我們認為最適合這項研究的八位患者。
您想要年輕人是因為他們相對較輕嗎？
他們的年齡在22歲到38歲左右，所以他們的體重範圍不同，其中一些是殘疾人運動員，所以他們是健康的年輕人。
這裡的新技術有哪些——腦電圖帽、套裝、處理訊號的軟體？
我還沒有見過任何由自願大腦活動控制並同時向患者提供反饋的外骨骼。 這不存在——或者至少沒有在文獻中發表過。
這項技術離全世界癱瘓人士可以使用還有多遠？
這與人們登上月球時人們提出的問題相同，我們已經知道答案。 這就是科學進步的方式。 您取得了重大進展，然後您發現可以做什麼，然後您嘗試透過開發可以供所有需要它的人使用的新版本來應用它。
如果在大日子裡事情沒有按計劃進行，並且套裝沒有按照規格執行，或者患者感到緊張，是否有某種備用開關可以作業系統？
我們有數小時的影片片段，記錄了這些患者使用該裝置行走的情況，我們將公開並提供這些影片，我們希望該套裝能夠正常工作。
您是否擔心當天有任何特定障礙，例如觀眾中的手機或類似的東西？
我現在的障礙只是記者。 有太多的悲觀主義者看不到這對於發展中國家的科學意味著什麼，他們只把科學家看作是一群製造炸彈和殺人武器的人。 我們需要將科學描繪成一項可以改善人類的良好事業。 這就是我們正在努力做的。
您為什麼選擇世界盃來首次展示這項技術？?
因為世界盃是巴西。 巴西就是世界盃。 沒有其他國家能像巴西那樣體現足球之美。 這完全有道理。 我們也有殘奧會的計劃。 殘奧會也在巴西舉行。 別擔心，我們會去的。