研究人員可以通過接口從外部獲得沿 X、Y 和 Z 軸的線性加速度，他們設計了一種柔性印刷電路板以將 IMU 與 MCU 互連。另外，傳感數據會通過藍牙以 50Hz 的頻率從 MCU 連續(xù)流傳輸到在臺式 PC 上進行分析，并存儲以供離線處理。

在實驗過程中，向參與者隨機發(fā)出與任意（2D 和 3D）和自然到達（3D）運動軌跡相關的語言提示，對于任意運動，應指示參與者在大約 1s 內執(zhí)行運動，并從允許他們完成運動的位置開始。

而對于自然到達的軌跡，例如參與者被指示要抓取桌子上的兩個不同目標物體（一個水瓶和一個筆），這通常需要兩種不同的抓握方式，實驗效果還有待改進，對抓握性能（例如成功率、抓握時間等）還要進行深入的客觀評估。

不過，這種方法經驗證具有臨床可行性，可以部署在康復中心輔助癱瘓病人。因為相對于治療同樣重要的是，患者能夠控制自己的肢體形成有益體驗，能激發(fā)患者在治療過程中的參與度，并最終獲得更好的運動康復。

對于另一種方案，即從大腦讀取神經信號并利用電刺激為癱瘓肌肉提供動力的研究，Bouton 團隊在和著名的腦機接口項目 BrainGate團隊合作。

BrainGate 最初是由美國布朗大學神經科學系的研究人員與生物技術公司 Cyberkinetics 共同開發(fā)的，該研究的目標就是“將思想轉化為行動”。在 2000 年代初期，BrainGate 有很多開創(chuàng)性的工作曾發(fā)表在《自然》雜志上，即腦植入物從大腦的運動區(qū)域拾取信號，并使用這些信號控制各種機器，Bouton 曾與該團隊合作，開發(fā)了機器學習算法來解密神經代碼。

基于這些算法分析，在 2006 年，四肢癱瘓的人通過思考就能夠控制計算機屏幕上的光標，使他們能夠打開電子郵件并操作諸如電視之類的設備；在 2007 年，團隊幫助因中風而癱瘓的婦女能用自己的想法操控電動輪椅；到 2012 年，該團隊已能使癱瘓的婦女使用機械臂撿起瓶子。同時，其研究人員正在使用植入的電極刺激脊髓，使腿部癱瘓的人能夠站立乃至行走。

圖｜腦機接口操控機械臂（來源：BrainGate）

不過路還是要一步一步走，Bouton 團隊讀取來自大腦的信號以及刺激肌肉的科研重點，目前放在手上。

因為在與 BrainGate 團隊一起工作的那段時間里，Bouton 曾在一次調研中詢問了脊髓損傷患者的首要期望，大部分四肢癱瘓者都回答說，他們的首要任務是想恢復手臂和手的功能。

恢復手上的運動并不簡單。人手具有 20 多個自由度，它可以具備靈活的移動和旋轉的方式，遠遠超過腿部，這意味著要有更多的肌肉神經要刺激，是一個非常復雜的控制系統(tǒng)問題。Bouton 團隊過去 20 年花了無數小時來刺激纏繞在患者前臂上的 130 套電極的不同組合，以確定如何控制手腕、手和每個手指的肌肉，但至今只能復制出手的部分動作。

值得關注的是，研究團隊在健全和癱瘓的志愿者幫助下，建立了一個模型，這是一個如何映射到手部動作的數據庫，它類似于一個助手，該助手接受了數千種不同場景數據的訓練，開箱即用，能提供基本功能，例如打開和關閉手，隨著時間的推移，他們將繼續(xù)了解用戶的意圖，從而幫助實現對每個用戶來說最重要的日常動作。

下一步，為了讓人們從癱瘓的手中產生感知，不僅需要對手部進行多類傳感器的微調，還需要在大腦的感覺皮層區(qū)域植入微傳感器件，才能讓手上非常特定的部位（比如指尖）在大腦中引起感覺，未來的一系列工作堪稱充滿挑戰(zhàn)。

“神經搭橋”的其他思路

為脊髓神經“搭橋”，上面描述的更多是依靠“物理外掛”輔助，其實對于脊髓損傷修復難題上，來自中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的再生醫(yī)學研究團隊，曾實踐過另一種創(chuàng)新思路：給脊髓損傷病人移植結合間充質干細胞的神經再生膠原支架。

在 2015 年 1 月，該研究曾在中國武警腦科醫(yī)院順利完成了世界首例臨床手術，團隊經 10 余年努力，研制了基于膠原蛋白的神經再生支架，結合間充質干細胞，有望引導脊髓再生。

通常脊髓壞死部位會長出阻礙神經組織連接再生的“瘢痕”，從原理上來說，需要先把瘢痕清掉，再把支架材料填入，這樣兩端好的神經組織就能通過支架“橋接”，研究人員在支架上事先“種”好的干細胞，干細胞具有修復和再生功能，就能發(fā)揮作用完成修復，這一科研成果為脊髓損傷修復的臨床研究開辟了新方向。

無論是比較賽博朋克的腦機接口＋可穿戴設備，還是運用生物再生技術進行“神經搭橋”，這些嘗試都正在為脊髓損傷或癱瘓患者恢復肢體機能帶來新的希望。

或許有一天，這些創(chuàng)新研究成果還能進一步融合，讓癱瘓治療技術實現歷史突破。