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我们的身体被设定为移动，而受损的线路通常无法修复。中风和脊髓损伤可以迅速断开大脑中启动运动的部分与执行运动的神经和肌肉之间的连接，而诸如帕金森病和肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）等神经退行性疾病也会导致同样的效果。科学家们一直在寻找一种方法，通过脑机接口（BCI）技术，将大脑直接连接到辅助设备（如机器人肢体），从而绕过受损的神经。现在，研究人员已经证明了在头骨外部非侵入性地记录神经信号，并将它们解码为可用于移动假肢的信息的能力。
过去开发BCI来驱动人造肢体的努力需要在脑内直接插入电极。植入探针所需的手术以及植入物可能无法保持原位的可能性使得这种方法具有风险。
另一种方法——从大脑外部记录神经信号——也有其自身的挑战。“很长一段时间以来，人们认为不可能使用脑电图来提取有关人类运动的信息，”神经科学家和电气工程师何塞·孔特雷拉斯-维达尔说。他补充说，在试图记录头皮上的大脑电活动时，“人们认为这些信号的信噪比和信息含量是有限的。”
显然，事实并非如此。在3月份的《神经科学杂志》上，孔特雷拉斯-维达尔和他在马里兰大学学院公园生物工程和人体运动学系的团队表明，使用非侵入性脑电图记录的嘈杂脑电波可以通过数学方法解码为关于复杂人类运动的有意义的信息。“这意味着我们可以使用非侵入性方法来开发下一代脑机接口机器，”孔特雷拉斯-维达尔说。“它可以大大扩展临床和康复应用范围。”
用户无需进行脑部手术，只需佩戴一个覆盖电极的头套，该头套记录来自神经元的电脉冲——唯一涉及的混乱是将透明凝胶涂抹在头上以增强传导性。一些患者已经使用头套通过文字处理器进行交流。（屏幕上闪烁的字母的识别会向文字处理器发出选择该字母的信号。）下一步是将解码的运动信息付诸实践。“我们希望证明，中风患者或截肢者将能够控制辅助设备，”孔特雷拉斯-维达尔说。他已经有健康的志愿者测试两种不同的设置：一种是让他们在屏幕上移动计算机光标；另一种是让他们控制人造手。
孔特雷拉斯-维达尔还希望将感觉反馈整合到系统中，以优化用户对设备的控制。“到目前为止，在所有研究中，人们都使用视觉反馈来闭合用户和机器之间的回路，”他说。“我们认为使用其他类型的反馈也很重要，因为与一个人从完整肢体获得的感觉信号相比，视觉信号是慢速信号。”
这种系统是否适用于有长期神经损伤的患者尚不清楚。这些患者多年来没有激活其产生运动的神经元或接收相关的感觉反馈，并且可能会产生基于异常脑电波的运动信息。“我们正在开始研究患者群体来回答这个问题，”孔特雷拉斯-维达尔说，他将中风患者和肘部以下截肢者作为第一批测试对象。“我们知道大脑具有高度冗余性，因此我们认为，即使大脑中存在缺失，我们也可能能够从其他地方解码。使用脑电图的一个优点是，可以访问整个大脑，而不仅仅是特定区域。”