科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

瑞典查爾姆斯理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)取得一項(xiàng)關(guān)鍵突破，首次利用植入式神經(jīng)電極技術(shù)與人工智能（AI）算法，直接從膝上截肢患者殘存的神經(jīng)信號(hào)中解碼出其控制腿部（包括膝蓋、腳踝乃至腳趾）運(yùn)動(dòng)的意圖。這項(xiàng)研究為開(kāi)發(fā)新一代能夠?qū)崿F(xiàn)直觀、自然控制的智能假肢奠定了重要基礎(chǔ)，相關(guān)成果在最新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)表。

目前，大多數(shù)商業(yè)假肢的控制方式存在局限。對(duì)于腿部假肢，通常依賴(lài)于預(yù)設(shè)的機(jī)械傳感器自動(dòng)適應(yīng)步態(tài)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)使用者主動(dòng)的精細(xì)控制。研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是更直接地利用截肢后大腦仍會(huì)發(fā)出的、通往缺失肢體的原始神經(jīng)指令。

為此，研究人員在兩名膝上截肢志愿者的殘肢內(nèi)，植入了4根比頭發(fā)絲還細(xì)的超柔性神經(jīng)電極。這些電極被精準(zhǔn)地植入坐骨神經(jīng)的分支中，用以記錄當(dāng)患者試圖移動(dòng)其“幻肢”（即被截去的腿部）時(shí)產(chǎn)生的微弱神經(jīng)信號(hào)。

解讀這些信號(hào)是最大的挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)采用了基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的AI算法。這種AI模型的特點(diǎn)是模仿生物神經(jīng)元的工作方式，處理離散的、基于時(shí)間的電脈沖信號(hào)，這與神經(jīng)系統(tǒng)自身的“語(yǔ)言”高度匹配，從而能以更高的效率和精度，從有限的數(shù)據(jù)中解碼出運(yùn)動(dòng)意圖。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能以前所未有的分辨率，準(zhǔn)確識(shí)別并預(yù)測(cè)參與者嘗試做出的各種特定動(dòng)作，如伸展膝蓋、彎曲腳踝甚至擺動(dòng)單個(gè)腳趾。這意味著，通過(guò)單次植入的神經(jīng)接口，可以捕獲到極為精細(xì)的運(yùn)動(dòng)控制指令。

更值得關(guān)注的是，該技術(shù)平臺(tái)是“雙向”的。同一套植入電極不僅能讀取用于控制假肢的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，未來(lái)還能用于向神經(jīng)施加電刺激，從而為使用者恢復(fù)觸覺(jué)反饋。這為實(shí)現(xiàn)既能“隨心而動(dòng)”又能感知世界的仿生假肢提供了可能。

團(tuán)隊(duì)指出，這項(xiàng)工作是重要的概念驗(yàn)證，展示了通過(guò)直接神經(jīng)接口實(shí)現(xiàn)自然假肢控制的巨大潛力。下一步，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)集成到實(shí)際可用的假肢設(shè)備中進(jìn)行測(cè)試，并探索其更廣泛的應(yīng)用前景。

總編輯圈點(diǎn)

對(duì)截肢者來(lái)說(shuō)，盡管肢體已不在原處，但大腦依然會(huì)習(xí)慣性地向缺失肢體所在的位置發(fā)出指令，比如“動(dòng)動(dòng)腳踝”“彎彎膝蓋”。信號(hào)還在，只是無(wú)人應(yīng)答。此次，科研人員在截肢者的殘肢上，植入了高靈敏度神經(jīng)電極，讓它重新扮演信號(hào)接聽(tīng)者的角色。AI從這些雜亂信號(hào)里成功解碼出了大腦給肢體的運(yùn)動(dòng)意圖。借助這一能力，未來(lái)的智能假肢能聽(tīng)懂大腦的指令，真正成為身體的一部分。它還可以向大腦傳輸信號(hào)，讓截肢者重新感受這個(gè)世界。