利用脑机接口来增强感官体验

在医学领域，大多数脑机接口研究都侧重于试图替换丢失的感觉信息，例如恢复脊髓损伤患者的触觉。然而，最近的一项研究采用了不同的方法，使用脑机接口来增强现有的感官系统，并在老鼠身上创造“第六感”。

宾夕法尼亚大学神经外科助理教授、资深作者蒂姆·卢卡斯博士在接受DigitalTrends采访时表示:“这是朝着‘网络物理’系统方向迈出的重要一步，该系统将计算机与活体大脑融为一体。”他说，这项技术可以在未来被开发出来，恢复瘫痪患者的感官体验。

脑机接口可以用来控制从无人机到仿生手臂的一切，它们已经成为新兴技术领域的一个热门话题。埃隆·马斯克(ElonMusk)正在进行“神经链接”(Neuralink)项目，该项目将使用控制性植入物，使人们能够与电子设备或软件进行交互。Facebook也在开发自己的脑阅读计算机系统。然而，要创建可用的原型，这些项目还有很长的路要走。在人类能够与计算机进行神经连接之前，研究人员需要找到一种方法，将计算机输入的信息整合到大脑中。

宾夕法尼亚大学医学院(PennMedicine)的这项新研究正是通过在老鼠大脑中植入微型电极，并以感官反馈的形式向它们提供信息。研究人员首先通过手术将电极植入老鼠的大脑。然后，他们把这些动物放进一个内部涂成黑色的水迷宫，里面有一个隐藏在水下的平台，它们需要到达那里才能逃脱。

老鼠看不到平台，所以他们没有收到关于如何在迷宫中导航的视觉信息。但他们确实从界面得到了信息。电极刺激他们的大脑，告知老鼠平台相对于它们当前位置的位置，老鼠甚至可以在黑暗中利用这些信息到达平台。

研究人员使用了一种称为皮质内微刺激的技术，这种技术比其他种类的脑刺激（如经皮直流电刺激）要精确得多。这些其他的方法激活成千上万的神经元和其他神经元素，而皮质内的微刺激只激活大约十个元素。这意味着应用于大脑的刺激可以精确定位，使研究人员能够创建单一的、离散的感知，而不是激活整个大脑区域。

通过这种更精确的刺激，研究人员可以针对非常特定的大脑区域来传递信息。然而，这是一个挑战。仅仅刺激一个大脑区域并假设动物能够理解这些信息是不够的。研究小组取得的一个突破是，“老鼠机器人”能够吸收信息，处理外部产生的信号，就像它使用天生的感官一样成功。

之前已经有人尝试使用振动带之类的外部工具来创建方向的“第六感”，它可以帮助视障人士在周围环境中导航。然而，谁能使用这些外部工具是有限制的——例如，不能被瘫痪的人使用，他们不能体验感官反馈。

卢卡斯说:“这种脑机设备的最终应用是恢复脊髓损伤患者的感觉。”像克里斯托弗·里夫这样的病人既不能抬起手指，也感觉不到针扎进他的手指。克里斯托弗·里夫用不了什么振动皮带。”

在研究人员考虑将大脑刺激装置植入人体之前，他们需要在动物身上进行更多的试验以确保技术安全。然而，最终，他们相信他们可以使用脑机设备将计算机整合到人脑中。

这为将大脑中的设备连接到身体其他部位的应用打开了大门。卢卡斯说：“我们的长期愿景是将这一系统与瘫痪肢体的植入式传感器连接起来，为瘫痪病人提供完整的感官体验。”

这项研究不仅有助于帮助残疾人。它可能会开辟一个全新的脑计算机设备领域，例如可以执行搜索和救援行动的生物机器人。

研究结果发表在PNAS期刊上。