在一项首次实验中，灵长类动物仅用思想就能在电脑屏幕上移动和感知物体
当真实的大脑在现实世界中运作时，这是一个双向的过程。大脑运动皮层的电活动沿着脊髓快速传递到需要移动的身体部位，同时来自皮肤的触觉也通过脊髓迅速传递到大脑的体感皮层。我们大多数人如果没有后者就很难完成前者：如果感受不到脚下的地面，就很难正常行走；如果缺乏咖啡杯的触觉，大脑就无法感知手指应该握得多紧。在脑机接口方面已经取得了巨大的进步，通过植入电极，首先在猴子的大脑中，现在在四肢瘫痪患者和患有“闭锁综合征”的患者的大脑中，将运动皮层的电活动转化为可以移动假肢或电脑光标的输出。然而，到目前为止，它们只解决了我们与世界互动的一半问题。一项新的研究为扩大这一能力带来了希望。
由杜克大学医学中心神经生物学教授米格尔·尼科莱利斯领导的科学家们报告了首个演示，其中灵长类动物的大脑不仅可以移动“虚拟身体”（电脑屏幕上的虚拟手），还可以接收编码虚拟物体触感的电信号——并且清晰到足以从纹理上区分物体。该实验涉及两只猴子。如果这项技术在人类身上奏效，它将对瘫痪患者产生很大的影响。尼科莱利斯说，他们不仅能够行走和移动手臂和手，还能感觉到他们握住或触摸的物体的纹理，并感知他们行走的地面。“如果没有来自环境的触觉反馈，你无法产生运动行为，”他说。
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在10月6日出版的《自然》杂志上报道的这项研究中，尼科莱利斯和他的同事在猴子的大脑中植入了两组电极。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）一组感应运动皮层神经元的电活动，并将其转化为在电脑屏幕上控制虚拟手臂的信号。另一组电极位于体感皮层，接收来自虚拟手的电反馈。猴子们被训练用自己的想法移动虚拟手臂，并触摸屏幕上看起来相同的圆圈。触摸会触发高频电信号的传输，该信号旨在虚拟编码物体的独特纹理。猴子们了解到，只触摸三个物体中的一个就能获得奖励（果汁），因此它们有动力将虚拟手放在那个物体上，而不是另外两个物体上。一只猴子用了四次尝试，另一只猴子用了九次才学会仅通过纹理选择所需的物体。“这是大脑第一次控制一个触摸物体并接收描述这些物体纹理信号的虚拟手臂，”尼科莱利斯说。
脑机接口或“神经假体”领域的发展时断时续。第一位瘫痪患者于1996年接受了神经植入，将思想转化为电脑说出的文字。还有一些事故、中风或闭锁综合征的受害者在他们的运动皮层中植入了电极，或将电极连接到他们的头皮上，以将大脑中的电活动转化为可以移动假肢、电脑光标或其他设备的输出。但并非所有的设备都能正常工作，有些设备在几个月后就出现了退化。
这种令人失望的记录即将改变。例如，在匹兹堡大学，由安德鲁·施瓦茨领导的神经科学家已经开始招募因脊髓损伤而瘫痪的患者：与杜克大学的猴子一样，由于体感皮层中的电极接收来自机械臂的信息，他们也将能够“感觉到”周围的环境。施瓦茨说：“这将对于操作物体至关重要”，他的研究独立于尼科莱利斯的研究。“给受试者触觉……将是一项新的进步。”
尼科莱利斯说，这指日可待。他是“再次行走计划”的创始人，这是一个国际合作项目，其目标是开发第一个脑机接口，通过“可穿戴机器人”为瘫痪患者提供完全的移动能力。想象一下：钢铁侠，一个全身外骨骼式的假肢，该接口由神经植入控制，捕捉来自运动皮层的信号来移动腿、手、手指和所有其他部位，并且还布满传感器，将关于外部世界的触觉信息传递到体感皮层。受目前为止的进展的鼓舞，尼科莱利斯预测该设备将于2014年准备好首次亮相；他的团队计划在当年6月巴西世界杯的开幕赛上发布该设备。“这是我们的登月计划，”他说。