浙江大學(xué)紫金港校區(qū)求是高等研究院的實驗室，一只叫“建輝”的猴子正在用抓、勾、握、捏四種不同的手部動作“對付”它面前放著的有四種不同形狀的物體。物體的形狀不同，要想抓住它們，必須采用不同的動作。做對了，“建輝”就能得到飲料獎勵。神奇的是,在不遠處，一只機械手就像是與“建輝”有“心靈感應(yīng)”，亦步亦趨同步做著與“建輝”一模一樣的手部動作。
    
    這是浙大求是高等研究院腦-機接口研究團隊取得的最新研究進展。研究團隊運用計算機信息技術(shù)成功提取并破譯了猴子大腦關(guān)于抓、勾、握、捏四種手勢的神經(jīng)信號，使猴子的“意念”能直接控制外部機械。這項成果與國際“腦-機接口”領(lǐng)域最前沿水平同步，并與相關(guān)國際頂尖研究形成互補，代表著國內(nèi)腦-機接口的最高水平。該領(lǐng)域不僅為科學(xué)家進一步為殘障人士研發(fā)精密假手帶來了希望，同時，也為進一步全面破譯腦部精細信號，并將信號對機器的準確傳遞建立了研究模型。
    
    大腦天書讀得懂嗎？
    
    大腦是一個充滿液體和神經(jīng)元的容器，上千億個神經(jīng)元之間通過發(fā)出微小的電脈沖相互交流，對人體運動大到行走、小至抬眉的一舉一動“發(fā)號施令”。一直以來，這些神經(jīng)信號就像一本“天書”，人類自己不知如何才能讀懂它。上世紀90年代起，隨著計算機等技術(shù)水平的迅速發(fā)展，人類讀懂這本“天書”的希望越來越大。一種稱為腦-機接口（Brain-Machine Interface，BMI）的技術(shù)迅速成為了全球科學(xué)家最熱門的研究領(lǐng)域之一，它致力于在大腦和外部設(shè)備（例如假肢）之間建立一條傳輸大腦指令的通道，實現(xiàn)即使在脊髓損傷發(fā)生神經(jīng)通路損壞的情況下，腦部的信號也能通過外部設(shè)備有效到達身體各處，使行動障礙的人重獲獨立生活的能力。
    
    浙大腦-機接口研究團隊負責(zé)人鄭筱祥教授介紹，這個領(lǐng)域的研究需要神經(jīng)科學(xué)、信息工程技術(shù)和醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科的交叉合作，關(guān)鍵是要研發(fā)出實時性強、準確性高、具有互適應(yīng)功能的多通道神經(jīng)元放電采集、處理與信息解碼技術(shù)。
    
    “意念”控制何以成真？
    
    在浙大求是高等研究院，浙大醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院的腦外科醫(yī)生為“建輝”做腦部手術(shù)，在“建輝”在大腦運動皮層植入兩個與200多個神經(jīng)元相連接的芯片。芯片的另一頭連接著一臺計算機，它實時記錄著“建輝”一舉一動發(fā)出的神經(jīng)信號。在屏幕上，記者看到這些腦電信號呈現(xiàn)出高低和頻率長不同的“聲音”。生物醫(yī)學(xué)工程、計算機、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究人員利用獲得的神經(jīng)信號研發(fā)神經(jīng)信號實時分析系統(tǒng)，對記錄到的200個神經(jīng)放電信號進行解讀，最終區(qū)分出了“建輝”抓、勾、握、捏四種不同信號的“密語”。
    
    當建輝開心地玩著玩具，它的腦部信號正被外部的計算機所“截取”并“破譯”，直接傳遞到了機械手， “心靈感應(yīng)”就這樣產(chǎn)生了。“手的運動區(qū)少說也有幾萬到幾十萬個神經(jīng)元，我們利用200個左右的神經(jīng)元能對手的運動做出解碼。”鄭筱祥說，“當然，我們產(chǎn)生的控制指令相對于真正靈活多變的手指運動，在精細度和復(fù)雜度上還有一定距離。”
    
    科學(xué)家的研究能干什么?
    
    如果“心靈感應(yīng)”能自如的運用于人體的各個部位，就能大大提高肢障患者的生活質(zhì)量，使他們能夠象正常人一樣不必完全依賴他人的照顧而生活。全球科學(xué)家正在致力于實現(xiàn)這一夢想。2008年，美國匹茲堡大學(xué)的科學(xué)家宣布實現(xiàn)了讓猴子用“意念”控制機械手臂的運動； 2011年10月，美國杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家在《自然》雜志發(fā)表文章，宣布他們不僅能夠讓猴子用意念移動虛擬手掌，還能感受虛擬手掌觸摸物體的觸覺信號。浙大的研究成果的特別之處在于，他們捕捉到的神經(jīng)信號是更為精細的手指信號，復(fù)雜性和精密性要求要高于之前的手臂移動。與“建輝”首度“合作”機械手，是世界上最精密的機械手之一，由意大利圣安娜高等研究大學(xué)Carrozza教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗室研制。現(xiàn)在，“建輝”又與另一只同樣功能的國產(chǎn)的機械手有了良好的“合作”。
    
    成立于2006年的浙大求是高等研究院，近年來一直組織跨學(xué)科研究力量致力于腦-機接口的研究。目前已和國際上腦機接口領(lǐng)域頂尖的高校和科研機構(gòu)建立了良好的學(xué)術(shù)聯(lián)系。2006年，研究組實現(xiàn)了植入大鼠腦部的“動物導(dǎo)航系統(tǒng)”，能讓大白鼠按照人的指令行走；2007年，研究組開發(fā)基于腦電的中文打字機；2008年對大鼠的運動皮層的神經(jīng)進行解碼，在2009年成功完成了具有停止功能的機器大鼠研究；2010年，實現(xiàn)了對猴子手臂運動軌跡的神經(jīng)解碼。在此期間，團隊的部分成果還實現(xiàn)了初步轉(zhuǎn)化，成功開發(fā)了若干神經(jīng)康復(fù)設(shè)備，并用于臨床試驗。
    
    (文 周煒/攝影 古越)
    
    圖片說明：
    
    圖一、建輝正在與科研人員合作做實驗
    
    圖二、項目組負責(zé)人鄭攸祥教授說，“這就是我們團隊年青的科學(xué)家們，還有30多位更年青的博士后、博士生和碩士生……這個研究，就是他們一起完成的”。