倍受关注的本期《自然》封面文章全线接触

　　

生物通报道：一个由多机构成员组成的小组研究发现，慢性严重瘫痪病人大脑负责有意运动的区域仍可以产生一些信号，将大脑与计算机连接后，通过检测、记录这些信号，并将之转化为动作，可以帮助瘫痪病人恢复基本的行动能力。

这是本期2006年7月13日出版的《NATURE》封面故事，这也是发表的BrainGate中枢接口系统临床应用于第一例临床实验的研究结果——rainGate中枢接口系统是美国著名脑机接口设备供应公司Cyberkinetics Neurotechnology Systems研制的一种肌内神经器（neuromotor prosthesis，生物通译）。

这一研究成果一经发表就受到关注，各大媒体都纷纷对此做出的相关报道和评论，生物通做为国内首家媒体也对这一事件进行了报道，见本周《自然》封面：意识控制物质。

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研究过程全接触：

在整个过程中，共有4位志愿者接收了实验：
第一位接受肌内神经器治疗的是来自马萨诸塞现年25岁的Matthew Nagle，Nagle患有严重脊髓损伤，2001年开始，其脖子以下部位没有知觉。2004年6月，在罗得岛医院植入BrainGate感受器后，开始学习用简单意识控制计算机指针。其后的10个月里，Nagle新英格兰西奈山医院和复员中心接受了57个疗程试验，学习通过意识打开模拟电邮、利用绘图软件画圆、玩简单的电子游戏、“neural Pong”。最终，他可以在交流的时候更换电视频道，甚至可以通过自由活动人造手指和机器手臂去抓取、移动物体。尽管6.5个月后信号有所减弱，Nagle仍然乐于参与试验，继续将BrainGate技术产生的重要信息反馈给临床小组。

第二位志愿者是位55岁的患有同Nagle一样病症的患者，2005年4月在芝加哥大学植入肌内神经器，并接受芝加哥和伯克动力学复员中心的跟踪调查。尽管在最初的实验中装置能产生电信号，从第7个月到第10个月都能控制指针，但是11个月以后由于技术问题信号消失。

论文原作者、布朗大学脑科学程序教授、伯克动力学科学部主席John Donoghue说：“从这些结果我们有理由相信，利用脑信号活动手指肌肉、通过物理神经系统恢复脑对肌肉的控制终有一天会实现。”

“我们的研究人员进行临床试验是希望得到一种非强迫系统，解放严重瘫痪病人”伯克动力学CEO总裁Timothy Surgenor说。
BrainGate系统是一块4×4毫米大的生物传感器，只有婴儿用阿斯匹林大小，上面带有100个比发丝还细的微电极。研究者将传感器植入脑部负责有意运动的运动皮层表面，电极会插入皮层大约1mm厚度采集来自周围神经元发射的电信号――神经突波，然后通过极细的金属线将这些电信号传递到覆于头皮上的一块1英尺左右厚度的钛板。外部电缆连接钛板到计算机，由计算机完成信号处理和监控。

虽然科学家早已掌握对单个神经元进行监控技术，但因为神经元集群工作，每个神经元每秒发射20－200次，而目前还没有有效手段直接、准确采集来自大量脑细胞的信息，所以将数字化意识转化为动作并不容易。1996年，Donohue和其博士后学生Nicholas Hatsopoulo为了观察来自多个脑细胞的信号，将当时现有的芯片进行了改造，在猴子进行第一次试验。Hatsopoulo研究的运算法则，可以将运动皮层神经元所发出的信号转化为计算机所能识别语言，继而通过计算机对这些信号的处理控制其他设备。2002年首次证明猴子可以不通过肌肉运动控制指针。

为了将试验成果应用于人类，2001年由Donohue, Hatsopoulos, Gerhard Friehs等布朗大学研究人员于组成伯克动力学研究中心成立。2002年研究中心与芯片制造公司Bionics合并，向美国食品与及药物管理局提出申请进行临床试验。试验从2004年开始，共有4位志愿者加入。在植入芯片不久即对志愿者进行了一系列训练，要求他们想象握鼠标时手的动作。然后对得到的数据进行研究，转换神经刺成为二维结构。

芝加哥Hatsopoulos实验室博士生、伯克动力学中心的另一位工作人员Maryam Saleh说：“训练志愿者用意识挪动物体是项非常有挑战性的工作。BrainGate系统现在还处于其幼年阶段，芯片体积大且笨重、采集的信号存才个体和时间差异，在延长芯片的有效期和增强可靠性方面还有很多工作需要做。另外两个志愿者没有达到象Nagle一样的控制能力，即使Nagle的控制水平也不高，比正常人使用手控计算机芯片的能力还小。”

主治第二位志愿者的芝加哥大学神经外科医生Richard Penn说：“尽管已经有很大的改善，但还没有达到使患者受益的程度。”

“不管怎样”Penn强调：“我们所做的外科手术试验，不论从技术原料还是收集的来自特异思维活动引起的神经元激发的特异信号，都是非常有意义的。现在的一切只不过是刚刚开始。”

下一步实验中，将继续寻找能使计算机与神经元信号同步的更快速更准确的运算法则，制作轻巧无线的系统，设计可以使脑机接口控制轮椅等其他设施的软件，以便解放更多的严重瘫痪病人。

在6月份召开的美国脊髓损伤协会会议商，芝加哥复员中心脊髓损伤复员项目医学主任David Chen出席了会议。他参与了第三位志愿者的初期临床试验，第三位志愿者由于脑干中风失去说话能力，通过试验他能够任意停止鼠标的活动，通过辅助软件输出信息。研究人员认为这种进步将来可以帮助瘫痪病人控制交流设备、医疗设施、电子计算机控制的机器人、轮椅等。

《Nature》主编、试验顾问Harvard's Leigh R. Hochberg说：“作为一名医生，我将尽我所能帮助中风、脊髓损伤、神经肌肉疾病引起的瘫痪病人恢复。感谢几位具有创新精神的志愿者对试验的慷慨相助。虽然目前还没有出现一种独立的灵活的技术，但通过开发实时神经运动弥补术使情况大为改观。尽管还有很多工作要做，但是我相信，我们一定会研制出一种能使你们重新活动起来的新技术的！”
（生物通记者：宗敏）