《科学》讲述世界杯瘫痪少年开球背后故事

Miguel Nicolelis

在巴西世界杯开幕战上，喧嚣的圣保罗体育场有1分钟的静默：一个有着由大脑控制的机器人外骨骼的瘫痪少年尝试着从轮椅上站起来，向前迈出几步，为世界杯开球。而其背后的神经学家Miguel Nicolelis也同样走到了聚光灯下。位于美国达拉谟杜克大学的Nicolelis实验室是脑—机接口领域的先驱，研究人员利用外科手术进行电极埋藏，以读取神经信号，从而控制机械臂。

Nicolelis将该项目描述为自己的祖国——巴西的科技进步和潜在实力的证明。他在那里创立并指导着纳塔尔国际神经科学研究所。巴西政府划拨1500万美元对其进行资助。

但从科学角度而言，该项目背离了初衷。Nicolelis一开始打算用外骨骼读取植入电极的信号，但最后却转而使用无创的脑电信号（EEG）传感器帽。而这引来了批评者的诸多怀疑，他们认为该系统的建立并不是真正的科学进展。批评者提到，其他人开发出了原始的基于EEG的外骨骼。一个更大的关注点是，该事件将会为瘫痪患者带来假希望，并扭曲公众对该领域发展现状的印象。

就在为开幕式准备期间，Nicolelis接受了《科学》杂志的采访。

这次展示的首要目标是什么？

我的首要目标是向全世界传播对科学的热情。我希望人们知道像巴西这样的国家——因足球而闻名，也能做出高水平的科学，并且高水平科学能够通过全球合作在一个非营利财团中被创作出来。

你希望为科学界展示什么？

我们将展示一个非常美丽的东西，为科学界演示的东西将在之后的论文中体现。但是我们没有准备同行评审。这是为全世界的展示。

人们如何移动外骨骼？他们能控制它吗？

人必须要想象相关动作，而这些动作被翻译成命令，从而指挥外骨骼做出动作。这是我们早在2002年就发表的一个名为共享控制的概念。部分更高级的指令由大脑决定，而低水平的动作是机器人做出的。（高层次决策包括）“开始行走”“停止行走”“加速”“减速”“向左、向右”和“踢球”。

该系统与其他外骨骼有什么不同之处？

有若干不同点。我不知道其他能被患者大脑指令激活，并运动、停止、踢球和转身的外骨骼。

一个不同点是被我们称作人造皮肤的东西。当双脚接触地面时，就会产生一个信号波。信号波会通过包含小型机械振动设备的衬衫传递到装备上。经过培训后，患者的大脑能与其他腿部运动或接触地面带来的这些振动结合。我们证实了患者大脑的可塑性。

相关反馈产生了一个更高级的控制回路，以允许它们将动作执行得更好。除了运动操作的完善外，它们有更生动的感觉，而不仅是一台机器，它们简直是在做它们自己。

人们在户外的大脑信号会与在之前实验中的大脑信号不同吗？

我们在位于圣保罗的实验室里制作了一个虚拟现实房间，这里会在他们进行试验时模拟一个足球场。我们加入了球迷的欢呼声和闪光灯等因素。如果你能在土耳其球迷（全世界最大声的球迷）的欢呼声中进行测验，那相比之下巴西的人群只是小学生水平。即使他们使用巴西人的全部力量尖叫，也无法接近土耳其球迷，我们测试过。

最初你打算使用植入电极，为何改用了EEG？

当我看了其他研究小组发表的侵入性试验后，我觉得不值得冒这么大的风险。因此我们选择了EEG，我们有更好的EEG运算法则，以便让它能做得比之前预想的更多。

有人担心一个高调的演示将给大众不切实际的期望。

美国国立卫生研究院（NIH）院长Francis Collins曾访问过我的实验室。他喜欢这个点子。他说在一个大型体育赛事中描述科学是一个好主意，这会给大众一些不一样的东西，让全世界看到科学将做什么，我们能在未来期望什么。他在新闻发布会上表示，他非常骄傲和高兴地看到一个临床应用产生自这里。我们也需要让孩子热爱科学，我们需要回馈给社会这样一种感觉——我们在利用纳税人的钱做一些事情。

你担心别人看不懂患者在多大程度上控制外骨骼的运动吗？

不，因为我在巴西有非常开放的声音展示什么是真实的，什么是目前有可能性的。全世界有2000万~2500万瘫痪患者，如果得到经费和支持，科学将能为他们做些事情。如果我们现在开始，将能在未来几年做一些事情。

你们小组的下一步计划是什么？

我们会休息两周，然后开始工作。我们有如山的数据，因此将写大量论文，并进行进一步研究，以获得更多的临床数据。

巴西将举办2016年奥林匹克运动会。你们有展示计划吗？

我们当然有计划。虽然我们的好朋友想知道是什么，但我们将在适当的时候宣布。我将让批评家睡1个多月的好觉。