Keith Thomas在病床上集中全部意念,试图抬起自己的右手。几秒钟后,他的手腕真的抬了起来。
瘫痪的人能主动动动手,本身就像在一间密封的房间里突然推开了一扇窗。但更令人意外的是,当那双特制的手套轻轻握紧一个物体时,Thomas的指尖竟然重新感受到了“摸到东西”的质感。这一刻,他距离上一次真切地感觉自己握住什么,已经过去了六年。
2020年夏天,48岁的Keith Thomas在一次潜水意外中伤及颈椎,脖子以下完全瘫痪。从那时起,他的手臂和手指再也听不到大脑的指令,触觉也从身体里彻底消失。直到2023年,一套实验性的脑植入系统被安装进他的大脑,一切才开始像倒带一样往回退。
7月16日,《自然·医学》杂志发表了一项让脑机接口领域集体侧目的临床研究报告。由纽约范斯坦医学研究所神经科学家Chad Bouton领衔的团队,为Thomas实施了一次名为“双神经旁路”的手术——在大脑的运动皮层和感觉皮层分别植入了五组电极阵列。同时在脊髓上方和前臂皮肤上贴附了刺激贴片,形成了一条从大脑到肢体的电子“绕行路”。
这套系统的设计思路非常直接:既然人的瘫痪是因为神经通路断了,那就用人工电子信号来搭一座桥,绕过断裂处。当Thomas尝试运动手或手臂时,植入运动皮层的电极会首先捕捉到那一瞬间的脑电活动,然后将这些信号传给一个训练过的机器学习算法。算法解读他的意图——比如“想握拳”——随即把这个指令翻译成电脉冲,直接刺激前臂的肌肉和脊髓贴片,带动真实的手部动作。
与此同时,工程师们还在一个3D打印的定制矫形器里嵌入了压力传感器。当Thomas用这只被电子信号驱动的手去抓握物品时,传感器会实时测量接触面的压力大小,并把压力信息编码成电刺激样式,精准地送进他大脑里的感觉皮层。这套前馈与反馈并行的机制,让他在握住东西的瞬间,大脑里真的亮起了一簇“我正在摸它”的感知信号。
用更日常的类比来解释:你拿起一个玻璃杯,皮肤上的触觉神经立刻会告诉大脑“杯子光滑、微凉、有一定重量”。而Thomas的系统相当于给这些断掉的神经装了一套无线传感器和信号模拟器,绕过脊髓损伤区,让大脑误以为自己的手还在正常接收触觉。
起初,这个“信号改装”的效果远谈不上完美。算法对脑电图的解码准确率大约在85%左右。这意味着每十次尝试中,有差不多一次半会被“误译”。但经过35周的持续训练,Thomas右臂的力量提升了86%,左臂提升了62%。他不再是象征性地抖动手指,而是真的能够完成一些过去连想都不敢想的简单动作。
更大的惊喜出现在研究人员决定暂时关掉整套系统之后。
通常来讲,这类脑机接口一旦断电,改善的效果就会立刻消失,因为肢体本身依然无法接收大脑的自然神经信号。但Thomas的情况却截然不同。当他体内的电极停止工作、外部刺激贴片被完全撤除,他依旧能够感知外界触碰,也仍然拥有自主抓握的能力——而且这个状态持续了数月之久。
“我们把所有东西都关了,好几个月都完全关闭,但他依然保持着这些恢复成果,”Chad Bouton在接受《新科学家》采访时说道,“这简直是前所未见的。”
这话从一个长期深耕神经工程的学者口中说出来,分量相当重。Bouton的团队随后在论文中给出了一个大胆但合乎逻辑的解释:反复的电刺激耦合——也就是“大脑产生运动意图→机械执行动作→触觉信号回传大脑”这个闭环,很可能促成了神经可塑性(neuroplasticity)的实质性激活。换句话说,在几个月的高强度协同驱动下,Thomas受损的神经回路在一定程度上重新连接了自己原本被冲垮的路径。大脑不再完全依赖电子信号的“旁路”,开始尝试重新利用自己老旧的、修缮中的公路来传递“我想动”和“我摸到了”这两条关键情报。
为了进一步验证和强化这一可塑性,团队还开发了一种被称为“皮质镜像”的技术。这个方法的操作听起来像某种神经层面的回声游戏。研究者首先记录下Thomas在想象自己被触摸时大脑自发生成的活动模式,然后反过来——用同样的电刺激节奏去点燃他感觉皮层里相应的位置,同时同步刺激脊髓和皮肤。也就是说,不是简单地人工制造触觉,而是帮大脑“重放”它自己早就编排好的感觉剧本。经过大约25周的镜像疗法,Thomas手部的感觉恢复得更加稳定。
如今,距离那批电极被关闭已经过去了很久,Thomas依然能把这些进步应用到生活里。他对STAT新闻说:“这项研究彻底改变了我的生活。我能抚摸我的狗了,还能做一些其他事情,比如有时候自己吃东西、擦脸、擦嘴。”
这样的话,对于从未经历过四肢瘫痪的人而言,可能很难体会每一个动作背后的重量。自主进食需要手眼协调,需要手臂和手指的精细肌群能稳定执行大脑指令,需要触觉反馈来知道你是否已经捏住了勺子,而不是在空捏一团空气。擦脸和擦嘴同样需要定位感——瘫痪的人常常无法感知自己的手到底停在脸上的什么位置,一个看起来简单的擦拭动作实际上牵涉到极其复杂的神经整合。而对这些能力失而复得的人来说,每一小步的回归都如同重新认识自己的身体。
值得留意的是,这套名叫双神经旁路(double neural bypass)的系统并不是一个通用的“瘫痪开关”。它极其个体化,电极的布局、算法的训练、矫形器的设计,全部围绕Thomas一个人的大脑特征和身体情况定制。这种高度个性化的配置一方面解释了为什么效果能如此显著——系统几乎是按照他独特的脑电“口音”来训练的;另一方面也意味着,将它推广到更多患者身上,还有漫长的技术优化道路要走。
但Thomas的案例之所以会引起《自然·医学》的关注,并不是因为它展示了脑机接口可以用来动动手——这在之前的同类研究中已有先例。真正让科学家兴奋的,是他停用系统后依然“把康复带在身上”这一现象。在脑机接口领域,大部分成果都停留在“开机好用、关机无效”的阶段,因为电极本身提供的只是外源性的驱动信号,并不等同于修复受损神经。可一旦神经可塑性被真正撬动,那意味着大脑在电子信号的辅助下,自己开始修复自己。这等同于悄悄把问题的性质从“如何造一台辅助设备”变成了“如何激发人体的自我重建程序”。
脑机接口作为目前神经科学最炙手可热的技术方向之一,近几年的进展不止于此。就在今年3月,一篇刊登在《自然·神经科学》上的研究同样展示了这项技术另一种强大的可能性——让瘫痪的人用“想”来打字。在那项研究中,两名受试者戴上植入式的脑机接口后,可以通过意念在一台虚拟键盘上拼写句子。其中一名参与者甚至达到了与健康人用手机打字相当的速度。虽然和Thomas用手执行动作的案例不同,但它们共享同一项底层逻辑:将大脑中无影无形的电活动,翻译成现实世界里具体、可执行、可测量的行为输出。
从这个层面看,Thomas的故事,像是在这条逻辑线里放进了一件小而重要的拼图——感觉。过去许多运动型脑机接口专注于“输出指令”,对手在做完动作之后有没有触觉、有没有本体感觉,并不十分在意。但人类所有精准动作,其实都依赖每秒成千上万次的触觉闭环反馈。没有感觉的运动,就像在完全漆黑的房间里用一个看不见的手去摸索东西,效率极低且充满挫败感。而双神经旁路系统将感觉回传作为核心设计要素之一,使得恢复不仅“能动”,而且“像自己的手在动”。这可能是神经可塑性被如此强烈地激活的关键原因之一。
当然,目前这仍然是一项早期的临床研究,参与者也仅限于Thomas一人。论文本身也措辞谨慎,强调这些结果是“初步的”、需要更大样本的验证,并且“神经可塑性的确切机制仍有待进一步研究”。任何把这项发现直接等同于“瘫痪治愈”的说法都是不准确的夸大。但即便如此,Thomas用自己的身体、大量训练时间以及每一次举手、每一次抚摸他的狗积攒下来的证据,已经足以让整个领域对“重塑神经系统”这件事重新燃起巨大的期待。
如果把大脑比作一座城市,神经信号是一些车流,那脊髓损伤就像是市中心某条主干道发生了毁灭性坍塌,车辆从此无法通行。以往科学家们想的,多是在塌方的路段上方架起临时的高架桥,让信号车流可以继续走。而Thomas的实验似乎无声地说明了一件事:只要在正确的区域,用正确的方式,在足够长的时间里维持人工车流,这座城市的地下维护队可能真的会自己修好那条坍塌的干道。
到那个时候,即使拆掉那些临时架设的
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