癱瘓六年，一個(gè)實(shí)驗(yàn)性大腦植入讓他重獲觸覺(jué)——關(guān)閉數(shù)月后依然有效

Keith Thomas在病床上集中全部意念，試圖抬起自己的右手。幾秒鐘后，他的手腕真的抬了起來(lái)。

癱瘓的人能主動(dòng)動(dòng)動(dòng)手，本身就像在一間密封的房間里突然推開(kāi)了一扇窗。但更令人意外的是，當(dāng)那雙特制的手套輕輕握緊一個(gè)物體時(shí)，Thomas的指尖竟然重新感受到了“摸到東西”的質(zhì)感。這一刻，他距離上一次真切地感覺(jué)自己握住什么，已經(jīng)過(guò)去了六年。

2020年夏天，48歲的Keith Thomas在一次潛水意外中傷及頸椎，脖子以下完全癱瘓。從那時(shí)起，他的手臂和手指再也聽(tīng)不到大腦的指令，觸覺(jué)也從身體里徹底消失。直到2023年，一套實(shí)驗(yàn)性的腦植入系統(tǒng)被安裝進(jìn)他的大腦，一切才開(kāi)始像倒帶一樣往回退。

7月16日，《自然·醫(yī)學(xué)》雜志發(fā)表了一項(xiàng)讓腦機(jī)接口領(lǐng)域集體側(cè)目的臨床研究報(bào)告。由紐約范斯坦醫(yī)學(xué)研究所神經(jīng)科學(xué)家Chad Bouton領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，為T(mén)homas實(shí)施了一次名為“雙神經(jīng)旁路”的手術(shù)——在大腦的運(yùn)動(dòng)皮層和感覺(jué)皮層分別植入了五組電極陣列。同時(shí)在脊髓上方和前臂皮膚上貼附了刺激貼片，形成了一條從大腦到肢體的電子“繞行路”。

這套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路非常直接：既然人的癱瘓是因?yàn)樯窠?jīng)通路斷了，那就用人工電子信號(hào)來(lái)搭一座橋，繞過(guò)斷裂處。當(dāng)Thomas嘗試運(yùn)動(dòng)手或手臂時(shí)，植入運(yùn)動(dòng)皮層的電極會(huì)首先捕捉到那一瞬間的腦電活動(dòng)，然后將這些信號(hào)傳給一個(gè)訓(xùn)練過(guò)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。算法解讀他的意圖——比如“想握拳”——隨即把這個(gè)指令翻譯成電脈沖，直接刺激前臂的肌肉和脊髓貼片，帶動(dòng)真實(shí)的手部動(dòng)作。

與此同時(shí)，工程師們還在一個(gè)3D打印的定制矯形器里嵌入了壓力傳感器。當(dāng)Thomas用這只被電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)的手去抓握物品時(shí)，傳感器會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)量接觸面的壓力大小，并把壓力信息編碼成電刺激樣式，精準(zhǔn)地送進(jìn)他大腦里的感覺(jué)皮層。這套前饋與反饋并行的機(jī)制，讓他在握住東西的瞬間，大腦里真的亮起了一簇“我正在摸它”的感知信號(hào)。

用更日常的類(lèi)比來(lái)解釋?zhuān)耗隳闷鹨粋€(gè)玻璃杯，皮膚上的觸覺(jué)神經(jīng)立刻會(huì)告訴大腦“杯子光滑、微涼、有一定重量”。而Thomas的系統(tǒng)相當(dāng)于給這些斷掉的神經(jīng)裝了一套無(wú)線傳感器和信號(hào)模擬器，繞過(guò)脊髓損傷區(qū)，讓大腦誤以為自己的手還在正常接收觸覺(jué)。

起初，這個(gè)“信號(hào)改裝”的效果遠(yuǎn)談不上完美。算法對(duì)腦電圖的解碼準(zhǔn)確率大約在85%左右。這意味著每十次嘗試中，有差不多一次半會(huì)被“誤譯”。但經(jīng)過(guò)35周的持續(xù)訓(xùn)練，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動(dòng)手指，而是真的能夠完成一些過(guò)去連想都不敢想的簡(jiǎn)單動(dòng)作。

更大的驚喜出現(xiàn)在研究人員決定暫時(shí)關(guān)掉整套系統(tǒng)之后。

通常來(lái)講，這類(lèi)腦機(jī)接口一旦斷電，改善的效果就會(huì)立刻消失，因?yàn)橹w本身依然無(wú)法接收大腦的自然神經(jīng)信號(hào)。但Thomas的情況卻截然不同。當(dāng)他體內(nèi)的電極停止工作、外部刺激貼片被完全撤除，他依舊能夠感知外界觸碰，也仍然擁有自主抓握的能力——而且這個(gè)狀態(tài)持續(xù)了數(shù)月之久。

“我們把所有東西都關(guān)了，好幾個(gè)月都完全關(guān)閉，但他依然保持著這些恢復(fù)成果，”Chad Bouton在接受《新科學(xué)家》采訪時(shí)說(shuō)道，“這簡(jiǎn)直是前所未見(jiàn)的。”

這話從一個(gè)長(zhǎng)期深耕神經(jīng)工程的學(xué)者口中說(shuō)出來(lái)，分量相當(dāng)重。Bouton的團(tuán)隊(duì)隨后在論文中給出了一個(gè)大膽但合乎邏輯的解釋?zhuān)悍磸?fù)的電刺激耦合——也就是“大腦產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)意圖→機(jī)械執(zhí)行動(dòng)作→觸覺(jué)信號(hào)回傳大腦”這個(gè)閉環(huán)，很可能促成了神經(jīng)可塑性（neuroplasticity）的實(shí)質(zhì)性激活。換句話說(shuō)，在幾個(gè)月的高強(qiáng)度協(xié)同驅(qū)動(dòng)下，Thomas受損的神經(jīng)回路在一定程度上重新連接了自己原本被沖垮的路徑。大腦不再完全依賴(lài)電子信號(hào)的“旁路”，開(kāi)始嘗試重新利用自己老舊的、修繕中的公路來(lái)傳遞“我想動(dòng)”和“我摸到了”這兩條關(guān)鍵情報(bào)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證和強(qiáng)化這一可塑性，團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種被稱(chēng)為“皮質(zhì)鏡像”的技術(shù)。這個(gè)方法的操作聽(tīng)起來(lái)像某種神經(jīng)層面的回聲游戲。研究者首先記錄下Thomas在想象自己被觸摸時(shí)大腦自發(fā)生成的活動(dòng)模式，然后反過(guò)來(lái)——用同樣的電刺激節(jié)奏去點(diǎn)燃他感覺(jué)皮層里相應(yīng)的位置，同時(shí)同步刺激脊髓和皮膚。也就是說(shuō)，不是簡(jiǎn)單地人工制造觸覺(jué)，而是幫大腦“重放”它自己早就編排好的感覺(jué)劇本。經(jīng)過(guò)大約25周的鏡像療法，Thomas手部的感覺(jué)恢復(fù)得更加穩(wěn)定。

如今，距離那批電極被關(guān)閉已經(jīng)過(guò)去了很久，Thomas依然能把這些進(jìn)步應(yīng)用到生活里。他對(duì)STAT新聞?wù)f：“這項(xiàng)研究徹底改變了我的生活。我能撫摸我的狗了，還能做一些其他事情，比如有時(shí)候自己吃東西、擦臉、擦嘴。”

這樣的話，對(duì)于從未經(jīng)歷過(guò)四肢癱瘓的人而言，可能很難體會(huì)每一個(gè)動(dòng)作背后的重量。自主進(jìn)食需要手眼協(xié)調(diào)，需要手臂和手指的精細(xì)肌群能穩(wěn)定執(zhí)行大腦指令，需要觸覺(jué)反饋來(lái)知道你是否已經(jīng)捏住了勺子，而不是在空捏一團(tuán)空氣。擦臉和擦嘴同樣需要定位感——癱瘓的人常常無(wú)法感知自己的手到底停在臉上的什么位置，一個(gè)看起來(lái)簡(jiǎn)單的擦拭動(dòng)作實(shí)際上牽涉到極其復(fù)雜的神經(jīng)整合。而對(duì)這些能力失而復(fù)得的人來(lái)說(shuō)，每一小步的回歸都如同重新認(rèn)識(shí)自己的身體。

值得留意的是，這套名叫雙神經(jīng)旁路（double neural bypass）的系統(tǒng)并不是一個(gè)通用的“癱瘓開(kāi)關(guān)”。它極其個(gè)體化，電極的布局、算法的訓(xùn)練、矯形器的設(shè)計(jì)，全部圍繞Thomas一個(gè)人的大腦特征和身體情況定制。這種高度個(gè)性化的配置一方面解釋了為什么效果能如此顯著——系統(tǒng)幾乎是按照他獨(dú)特的腦電“口音”來(lái)訓(xùn)練的；另一方面也意味著，將它推廣到更多患者身上，還有漫長(zhǎng)的技術(shù)優(yōu)化道路要走。

但Thomas的案例之所以會(huì)引起《自然·醫(yī)學(xué)》的關(guān)注，并不是因?yàn)樗故玖四X機(jī)接口可以用來(lái)動(dòng)動(dòng)手——這在之前的同類(lèi)研究中已有先例。真正讓科學(xué)家興奮的，是他停用系統(tǒng)后依然“把康復(fù)帶在身上”這一現(xiàn)象。在腦機(jī)接口領(lǐng)域，大部分成果都停留在“開(kāi)機(jī)好用、關(guān)機(jī)無(wú)效”的階段，因?yàn)殡姌O本身提供的只是外源性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并不等同于修復(fù)受損神經(jīng)。可一旦神經(jīng)可塑性被真正撬動(dòng)，那意味著大腦在電子信號(hào)的輔助下，自己開(kāi)始修復(fù)自己。這等同于悄悄把問(wèn)題的性質(zhì)從“如何造一臺(tái)輔助設(shè)備”變成了“如何激發(fā)人體的自我重建程序”。

腦機(jī)接口作為目前神經(jīng)科學(xué)最炙手可熱的技術(shù)方向之一，近幾年的進(jìn)展不止于此。就在今年3月，一篇刊登在《自然·神經(jīng)科學(xué)》上的研究同樣展示了這項(xiàng)技術(shù)另一種強(qiáng)大的可能性——讓癱瘓的人用“想”來(lái)打字。在那項(xiàng)研究中，兩名受試者戴上植入式的腦機(jī)接口后，可以通過(guò)意念在一臺(tái)虛擬鍵盤(pán)上拼寫(xiě)句子。其中一名參與者甚至達(dá)到了與健康人用手機(jī)打字相當(dāng)?shù)乃俣取ｋm然和Thomas用手執(zhí)行動(dòng)作的案例不同，但它們共享同一項(xiàng)底層邏輯：將大腦中無(wú)影無(wú)形的電活動(dòng)，翻譯成現(xiàn)實(shí)世界里具體、可執(zhí)行、可測(cè)量的行為輸出。

從這個(gè)層面看，Thomas的故事，像是在這條邏輯線里放進(jìn)了一件小而重要的拼圖——感覺(jué)。過(guò)去許多運(yùn)動(dòng)型腦機(jī)接口專(zhuān)注于“輸出指令”，對(duì)手在做完動(dòng)作之后有沒(méi)有觸覺(jué)、有沒(méi)有本體感覺(jué)，并不十分在意。但人類(lèi)所有精準(zhǔn)動(dòng)作，其實(shí)都依賴(lài)每秒成千上萬(wàn)次的觸覺(jué)閉環(huán)反饋。沒(méi)有感覺(jué)的運(yùn)動(dòng)，就像在完全漆黑的房間里用一個(gè)看不見(jiàn)的手去摸索東西，效率極低且充滿挫敗感。而雙神經(jīng)旁路系統(tǒng)將感覺(jué)回傳作為核心設(shè)計(jì)要素之一，使得恢復(fù)不僅“能動(dòng)”，而且“像自己的手在動(dòng)”。這可能是神經(jīng)可塑性被如此強(qiáng)烈地激活的關(guān)鍵原因之一。

當(dāng)然，目前這仍然是一項(xiàng)早期的臨床研究，參與者也僅限于Thomas一人。論文本身也措辭謹(jǐn)慎，強(qiáng)調(diào)這些結(jié)果是“初步的”、需要更大樣本的驗(yàn)證，并且“神經(jīng)可塑性的確切機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究”。任何把這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)直接等同于“癱瘓治愈”的說(shuō)法都是不準(zhǔn)確的夸大。但即便如此，Thomas用自己的身體、大量訓(xùn)練時(shí)間以及每一次舉手、每一次撫摸他的狗積攢下來(lái)的證據(jù)，已經(jīng)足以讓整個(gè)領(lǐng)域?qū)Α爸厮苌窠?jīng)系統(tǒng)”這件事重新燃起巨大的期待。

如果把大腦比作一座城市，神經(jīng)信號(hào)是一些車(chē)流，那脊髓損傷就像是市中心某條主干道發(fā)生了毀滅性坍塌，車(chē)輛從此無(wú)法通行。以往科學(xué)家們想的，多是在塌方的路段上方架起臨時(shí)的高架橋，讓信號(hào)車(chē)流可以繼續(xù)走。而Thomas的實(shí)驗(yàn)似乎無(wú)聲地說(shuō)明了一件事：只要在正確的區(qū)域，用正確的方式，在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里維持人工車(chē)流，這座城市的地下維護(hù)隊(duì)可能真的會(huì)自己修好那條坍塌的干道。

到那個(gè)時(shí)候，即使拆掉那些臨時(shí)架設(shè)的