（原標題：仿生手臂直接解碼大腦信號，可用意念控制）

　　可以識別細微神經信號的新型控制系統，能讓假肢使用者更加優雅而自然地活動。

　　1985年，16歲的JodieO’Connell-Ponkos被工業絞肉機奪去了右臂。她曾使用過5年的假肢手臂，直到有一天，她沮喪地把它扔了。她說，“恨都只能算是輕描淡寫了”，這些設備實在太不好用。到現在，她已經有20年都沒用過新的假肢了。

　　在上肢截肢者中，O’Connell-Ponkos的經歷非常常見。盡管假肢在工程和可用性方面取得了很大進步，仍有高達75%的使用者放棄使用電動假肢（截至2007年），在20多年的發展過程中，這個比例并沒有顯著改變。

　　盡管有了更好的材料、更強大的電機，附加了更多的關節，但是上肢假肢使用的仍然是20世紀50年代開發的控制系統。這套控制系統還包括笨重的電纜和背帶組成的身體動力供電系統和肌電系統。肌電系統使用安放在截肢部位皮膚中的電子傳感器檢測肌肉活動，之后把這些活動信息發送給電機，從而使電機運轉。例如，要使二頭肌收縮，需要人工肘關節先彎曲，但這不符合人類的直覺，往往在大量訓練之后，患者才能熟練使用假肢。

　　【圖注】圖片來源！ Matthew Stout/Sikich

　　去年，O’Connell-Ponkos嘗試了一款Coapt公司生產的新的裝備，它包括了一套可以識別細微神經信號的新型控制系統。與當時的假肢不同，新的手臂能讓她更加優雅而自然地活動。如今，這位活潑外向的馴馬師時刻穿戴著她的假肢，幫助她完成從劈柴到梳馬尾辮的各種事情。

　　2016年，在波士頓舉行的美國矯正和修復協會（American Orthotic and ProstheticAssociation）大會上，Coapt只在展覽大廳后面有一個非常小的攤位。在那里，O’Connell-Ponkos（已被聘請為Coapt公司代言人）正在推銷他們的技術，她說，這項技術已經可以與五大知名假肢制造商的產品兼容了。

　　Coapt公司的聯合創始人兼CEO Blair Lock說，在2013年底他們就進入市場了，目前估計有200人正在使用這套系統。這套系統被包裹在一個黑色的小盒子中，由一塊電路板和一套算法組成，算法使用模式識別技術，能解碼從手臂肌肉中傳遞來的電信號。現在，它已經成為連接用戶意圖和假體動作之間的橋梁。

　　【圖注】下一代的Coapt設備（橙色的模型）將會比第一代的產品（黑色的）明顯地更小、更薄。圖片來源：Megan Scudellari

　　Lock說，如果單獨檢測神經活動，它會顯得非常“安靜”，不過，因為其中包含了大量信息，又會像“交響樂”一樣，需要仔細分辨。而肌肉就像揚聲器一樣，可以放大神經的活動。傳統的肌電系統只能檢測到音樂的音量，但模式識別軟件可以把一個特定的大腦信號（就像一首獨特的歌）和一個動作聯系起來。

　　這家公司計劃在近期發布一款體積更小的新產品。不僅如此，他們從普渡大學得到了一項新技術的授權，可以直接從皮膚下讀取電信號（使用植入式電極）。不過，Lock對于這項技術的發展計劃守口如瓶，他想等到時機合適再向大家公布。

　　在改變上肢假肢控制方式的道路上，Coapt并不孤單，還有兩家領先的假肢制造公司也在努力提升假肢的控制系統。約翰斯霍普金斯模塊化假肢上肢（MPL）也可以使用模式識別軟件操作，而德克研究公司（DEKA Research）以《星球大戰》中盧克·天行者的命名的假肢（LUKE Arm）采用的就是Coapt系統。無論是MPL還是LUKE Arm都是由DARPA資助的。這兩個產品都還沒有上市銷售，不過，LUKE Arm計劃于今年年底推出。

　　約翰斯霍普金斯的MPL模式識別系統是內部開發的，MPL的創造者——約翰斯霍普金斯大學應用物理實驗室的研究與開發部總工程師Mike McLaughlin說，“我們的想法是把意識直接轉化成動作。”

　　LUKE Arm可以通過包括Coapt系統在內的多種方式控制，德克研究公司（DEKA Research）LUKE Arm開發團隊的一員Tom Doyon說。LUKE Arm還有一個特點，可以使用無線腳部控制，這就像使用操縱桿一樣使手臂按預定模式移動。

　　然而，雖然上述假肢已經很方便了，但使用起來還是無法像真手一樣自如。即使是最好的控制系統也只是執行一系列預先設定的動作，不能隨心所欲地控制。拿Coapt系統來說，使用者可以預先設定約六至八個動作，如日常使用的伸出手指、捏合或者攥拳等。

　　現在，限制假肢發展的因素不是手臂的設計和制造技術（以MPL為例，它由26個關節和上百個傳感器組成），而是破譯大腦信號的帶寬。“在移動手臂的時候，可能有5億個神經元參與，但是現在我們最多只能觀測到幾百個神經元，”McLaughlin說，“這些東西都存在于我們的大腦中，但是我們觀測它們的能力卻是有限的。”

　　未來的假肢控制技術希望通過在皮膚下甚至大腦中植入電極的方式來直接探測大腦的“交響樂”。最近，約翰斯霍普金斯MPL團隊與匹茲堡大學研究人員合作對兩例重度脊髓損傷病人實施了腦電極植入手術。理想上，希望該技術有一天會成為無創手術，McLaughlin說，“但我們還沒有達到這樣的效果。請再給我們一年左右的時間。”

　　撰文：Megan Scudellari

　　翻譯：宇輝

　　審校：楊玉潔