2023第一屆「心智與腦科學」 - 心理、神經、與大腦 科普寫作徵文
A 組心智與腦科學－佳作：陽明交通 賴Ｏ徽
透過數位橋梁植入物以繞過原先脊髓之控制方式，使大腦未受傷的運動控制區可以順利控制四肢之運動，透過實驗確認肌肉運動在大腦上的反映區域和經過人工智慧思想解碼器後之電信號進行匹配以達成後續之運動控制。
脊髓損傷的治療技術在近十年有了重大的進展，2016年時，來自瑞士洛桑聯邦理工學院的Courtine 博士和Brown大學的Borton博士與團隊開發了無線的腦脊介面裝置使癱瘓的猴子可以再次行走，但此裝置的開發並非代表癱瘓問題被解決，其作用僅是在正確時間提供四肢應彎曲或站立之電信號以輔助行走，『Grégoire Courtine表示「他希望他和同事們開發的系統能夠在“未來10年內”轉移到人類身上使用與進行治療，這有助於康復並“改善康復和生活品質”」』。而Borton博士在之前的研究中開發了結合微電極之無線感測器，應用於本實驗中可以紀錄來自大腦運動區域所發出的脈衝訊號，並傳輸訊號至無線腦脊介面。但本實驗中須注意的是四肢之運動僅有部分由腦部控制，更多時候四肢行動是來自脊髓和反射系統之運作。『Borton博士指出「大腦若發出讓四肢移動的命令是必須在幾毫秒內發生的」』，這也說明了當時的感測器傳輸技術還無法順利讓人類自主透過大腦意識控制四肢，僅有作為輔助工具的能力。
而在2023年，發表於Nature的一項研究中，研究員表示「可以透過名為數位橋梁之植入物在大腦和脊髓之間建構起一座連接的橋樑，可以繞過原先受傷的脊髓部分，使受試者可以再次站立與行走」，與以前的實驗不同的是在以前的刺激治療中，受試者Oskam先生認為雖然刺激手術有效，但其刺激之模式會使他在運動時感到自身和四肢之間有種隔閡感，但這次的實驗上，新技術的開發使他覺得「現在是由我控制著刺激感，而非像以前被刺激感控制著。」
此項技術被稱為大腦-脊柱介面(BSI),透過人工智慧思想解碼器針對大腦中發出的電信號解讀，並將其與對應之肌肉運動匹配，產生後續連貫之動作。
那麼要如何知道需匹配的部位為何呢?其實是透過機器學習的方式，觀察各部位肌肉進行移動時，在大腦中有哪些特定的區域活化，將這些區域標記完成再透過項身體部位發射電信號以調整人的運動。經過一年的實驗後，在不依靠關閉腦脊介面輔助下，Oskam先生能夠自己行走、上下車、在實驗上看到負重或是平衡測試上都相較原先進行植入前有大幅進步。
然而看似完美的技術中，好壞當然是一體兩面的。技術上的突破使下半身癱瘓者可以有重新再站立、行走的機會，但這樣的實驗是侵入性且需要進行多次調整的，隱藏在成果後的是無數次的手術和物理治療、復健。並且也如同Newcastle University 的神經科學家Andrew Jackson所言「腦技術的開發和大腦控制之間的哲學界限變得更加的模糊」，對於人倫上的道德以及個人隱私信息，人們是否可以堅持並保有最低底線的遵守規範，這是有待商榷的問題，不過不可否認地，本次實驗的進展確實為下肢癱瘓者帶來一線曙光。
1.關鍵詞
腦機介面,BMI,腦脊柱介面,BSI,數位橋梁,digital bridge,人工智慧思想解碼器,artificial intelligence thought decoder.
2.原始論文
Lorach, H., Galvez, A., Spagnolo, V. et al. Walking naturally after spinal cord injury using a brain–spine interface. Nature 618, 126–133 (2023)
Capogrosso, M., Milekovic, T., Borton, D. et al. A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates. Nature 539, 284–288 (2016)
3.新聞來源
The New York Times: Brain Implants Allow Paralyzed Man to Walk Using His Thoughts
https://www.nytimes.com/2023/05/24/science/paralysis-brain-implants-ai.html?smid=url-share
Wireless Brain-Spine Connection Overcomes Paralysis in Monkey
https://www.nytimes.com/2016/11/10/science/wireless-brain-spine-connection-paralysis.html?smid=url-share
4.其他相關連結
EPFL-Full professor Grégoire Courtine
http://courtine-lab.epfl.ch/