斯坦福大学的 BrainGate 临床试验中，一位被试使用脑机接口，通过她的思想控制计算机光标来打字。来源：Courtesy Stanford University

十年前的一个雨天，Dennis Degray 出门扔垃圾时不慎滑倒，从此他的生活轨迹迥然改变。他撞到了下巴，造成了严重的脊髓损伤，以至于脖子以下全部瘫痪。如今研发出了一个系统，意在使瘫痪病人仅用大脑便可以打字；而他便是这个系统调查实验的明星参与者。

为了应用脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）使残疾人得到康复，研究人员努力了几十年，但能够被广泛应用的设备却很少，根据具体应用情况，会存在一些障碍。然而，对于打字而言，一个很大的障碍是不是足够快，这样，该技术才有采用价值，而这往往要动手术。eLife 在周二发表了一项研究成果，揭示了该系统的成效：三位被试——Degray，j2直播，以及两位患肌萎缩侧索硬化症的病人（ALS，或称葛雷克氏症，一种导致进行性瘫痪的神经变性疾病）使用 BCI 后，能以最快速度打字，该技术的具体应用变得切实可行。斯坦福大学的神经外科医生及共同作者 Jamie Henderson 说：「我们已经成功了一半，例如，我可以在手机上打字」。

图 1：实验配置 (a) 和在自由书写的问答环节的键入速度 (b)

研究人员用三个任务来测评其性能。为了尽可能在最自然的情境中证实该系统性能，研究人员会在「自由打字」任务中，评估一位被试情况，在这一任务中，被试要做的仅仅是使用设备来回答问题。但是，我们通常使用复制打字（copy typing，包括打出固定短语）来评测打字速度，所以，这三位被试都会以这种方式评估。进行「自由打字」的女士快于每分钟六个单词，另一个 ALS 病人打出了约三个单词，而 Degray 打出了约八个单词。2015 年 一期 *Nature Medicine *介绍了可比较的结果，不过，它们都是通过软件实现的，这些软件能够利用英语的统计学数据来预测后续字母。而这项研究中并未应用这类软件。

复制打字的缺点是：成绩可能会随所用特定短语和键盘布局的变化而变化。为了找到一个不受这些因素影响的度量，第三个任务便与在随机点亮的六乘六网格上选择正方形有关；这样更能接近量化系统输出信息的最大速度，并能轻易转换为数字「比特每秒」的度量。这个团队采用了这一系列任务，但没有使用预测软件，因为该研究的中心目标之一就是制定标准化的度量。斯坦福的博士后研究员及第一作者 Chethan Pandarinath 说：「我们需要建立度量，从而当受试者、方法和研究人员之间存在潜在差异时，同样可以说这种进步显著提高了绩效，因为我们有系统的比较方法，而这是推进该技术的关键。」

两个 ALS 患者分别达到 2.2 和 1.4 比特每秒，是之前记录（相同的参与者在之前的记录）的两倍以上。Degray 达到了 3.7 比特每秒，这比之前的最高速度快四倍。Pandarinath 说：「与之前的 BCI 临床研究相比，这在性能上是巨大的飞跃」。

其他研究者认为这些是最前沿的成果。匹兹堡大学的生物医学工程师 Jennifer Collinger 说：「他是使用 BCI 打字速度最快的一位。这项技术与眼动仪相同，但有些团队的技术对于如被锁定的人来说无效。这些速度也接近 ALS 患者在调查中所提出的 BCI 设备理想值。」他并没有参与到这项研究中。Collinger 说：「你们的技术性能已经足够顶尖，用户也真正想要这类设备」。

在受试者的大脑表面植入一或两个小型（六分之一英寸）电极阵列，这些「皮质内」植入物含有 96 个微电极，这些微电极能够穿透 1~1.5 毫米，进入控制手臂运动的运动皮质部分。其中两项手术由 Henderson 执行，他与资深共同作者生物工程师 Krishna Shenoy 共同领导斯坦福的神经假体平移实验室（Stanford‘ s Neural Prosthetics Translational Laboratory）。由电极记录的神经信号通过电缆传输到计算机，在这个计算机中，Shenoy 的实验室开发的算法会解码受试者的想法，并将信号转换为计算机光标的移动。斯坦福大学的团队是一个名为 BrainGate 的多学科联盟的一个分支，这个联盟还包括马萨诸塞州总医院以及布朗大学等等。

通过电极与大脑相连接的其他方法，包括将电极置于头皮上用于制作脑电图（EEG），以及将电极置于脑表面的头骨之下，制成脑电图（ECoG）。皮质内植入物的优点是：可以从单一细胞挑出具体行为，也可用其他方法捕获数千神经元的平均活动。匹兹堡大学的神经生物学家 Andrew Schwartz 说：「这比从 EEG 或 ECoG 得到的结果要好 10 倍，因为它们所拥有的信息，不足以完成该水平任务。」他同样没有参与到研究中。运动和疤痕会使约前两年植入的信号质量下降，但剩下的信号仍然有效——「比任何其他技术要好得多」。