近期的一項研究中,來自美國多所大學的研究者將一個由腦機介面控制的機械手臂應用在了恒河猴身上。所有參加實驗的恒河猴都是在多年前(有兩隻還是在手臂沒有完全發育的嬰兒時期)因為疾病治療等原因失去了某一隻手臂。科學家希望觀察到恒河猴大腦在學習使用機械手臂時發生的變化。
在發表於近期《自然-通訊》(Nature Communications)期刊的論文中,研究者寫道:“我們的結果成功表明,對於很久之前截肢的動物來說,學習使用大腦皮層控制的腦機介面以完成複雜、連續的任務是可能的。”
研究人員在恒河猴大腦的運動皮層控制上肢活動的區域植入了一系列電極,有的與截肢的手臂同一側,有的則是相反一側。與人類一樣,恒河猴大腦不同半球中的運動皮層控制的是相反一側的肢體。接著,他們隨機選定了一組控制機械手臂伸出和抓握的大腦細胞,並進行了10到20組訓練。實驗結果表明,雖然電極與截肢在相反一側的恒河猴學習的速度更快,但兩組恒河猴最終都學會了控制機械手臂。更重要的是,在恒河猴學習控制機械手臂的過程中,其大腦的先天生理機制也發生了改變。
“截肢動物(大腦神經元之間)的連接非常少,”芝加哥大學的研究者Karthikeyan Balasubramanian說,“在它學習的過程中,(神經元)網絡變得越來越密集。”而對於沒有截肢的動物來說,在學會控制機械手臂之前,需要關閉其中一些神經元的連接。研究資料還表明兩組恒河猴在後來的訓練中表現得越來越好。
不過,杜克大學的研究者米格爾對該研究的結果並不感到驚奇,他認為這“並沒有為腦機介面領域做出新的貢獻”。米格爾指出,之前的研究已經表明,用侵入性更小的方法也可以完成這樣的任務。對此論文作者、芝加哥大學教授尼古拉斯解釋稱,研究所採用的侵入式技術有可能提供更好的假肢控制方法。接下來,研究者將觀察在恒河猴學習使用該設備的40天裡,同樣那些神經元將會發生哪些變化。
無論如何,這項研究再一次表明大腦能夠重新組織神經元,而這或許將為開發大腦控制的新型機械手臂提供啟示◆