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“美丽的比赛”将在今年的世界杯开幕式上增加一个机器人元素。
一位身穿机器人套装，头戴装有电极的帽子的巴西瘫痪人士将走上球场，并在世界杯6月12日开幕式上，借助专门设计的外骨骼移动。帽子上的电极将检测脑电信号并提示腿部运动。
无数球迷将收看这场赛事，并见证一项技术的首次亮相。据其创造者称，这项技术有朝一日将利用人们的脑电波来控制机器人肢体，并有效地使轮椅过时。 这次初步演示仅仅是一个早期原型，但杜克大学的神经工程师米格尔·尼科莱利斯是该项目的负责人，他设想未来脑机接口将使因事故或疾病而失去行动能力的人能够重新站起来——即使需要机器人套装才能实现这一目标。
这项技术的关键在于传感器，这些传感器监听大脑中的大量电信号，读取这些信号并将其转化为数字指令，进而触发人造设备根据大脑的提示采取行动。
尼科莱利斯在2012年9月的大众科学 (pdf) 上撰写了他为世界杯演示所做的计划。 为了更多地了解这项技术的现状以及球场内外究竟会发生什么，SA 在开幕式前一周采访了尼科莱利斯。
[以下是经过编辑的对话记录。]
几年前，您已经希望您的技术能够赶上世界杯开幕式的首次亮相。 您能否向我们介绍一下外骨骼在6月12日能够做什么？
在过去的几个月中，我们合作的八位患者（[主要] 都在20多岁）能够在实验室中借助外骨骼行走并踢球。 但他们也获得了一种他们正在行走的感觉，这是该项目的关键目标之一——让他们感觉到这不是机器在携带他们，而是他们真正在行走。 这已经发生了，因为他们不仅通过大脑活动控制运动，而且还从设备获得反馈，这些反馈传递到他们仍然有感觉的手臂上。 他们都有这种幻肢感觉——就像幻肢感觉一样——这非常新颖。 我们不知道会发生这种情况，但这是一个非常重要的发现。
对于世界杯演示，我们的时间非常有限，因此这更像是一个象征性的姿态，表明科学可以为全世界数百万希望有一天能够再次行走的患者提供希望。 这实际上是我们项目的启动。 在16个月内，我们从零开始到完成整个项目——我们能够按时交付并表明脑机接口拥有非常广阔的未来。
那么，选定的个人在那一天实际上会做什么？ 像您在2012年写到的那样，走到球场上并踢球吗？
我不能告诉你我们将要做什么。 我不会告诉我母亲，更不用说大众科学——抱歉。 这对十亿人来说是一个惊喜。
在微调大脑和机器人电路之间的通信方面，这无疑是技术上复杂的。 外骨骼的动作有多少是由人控制的，有多少是真正自动化的？
没有人就没有运动。 我们正在使用一种非侵入性技术，这是一种基于脑电图 [脑电图] 的接口。 因此，这个人必须想象他或她想要做什么样的运动，而这个决定会触发外骨骼做什么——何时停止，何时踢球。 2002年，我发表了一篇论文，我在其中讨论了我们称之为“共享控制”的概念，其中较高级别的决策由大脑做出，较低级别的机械操作由机器人执行。 实时地，这个人正在处理来自外骨骼的反馈，因此存在共生关系。 我无法告诉你每个部分占多少百分比。
现在，是大脑发送初始的“开始”信号，但实际的步骤和踢球动作是预先编程到套装的计算机中的吗？
我们有几位患者可以逐步调节脑电图。 我们发现一些患者实际上有能力做到这一点，并且可以控制设备的速度。 这只是在最近几周才出现的。 我们有很多东西将在未来几个月内发布，表明我们实际上已经扩展了这种非侵入性接口的能力。 我们基本上是在为患者创建一种心理语言，让他们可以控制各种动作，而我们才刚刚开始。 潜力非常巨大。
早期，您认为您必须将电极直接植入大脑才能操纵机器人肢体，但您实际上并没有这样做。 这些年轻人戴着装有外部传感器的帽子，对吗？
可植入技术尚未准备就绪。 它需要显示出超过神经外科手术潜在危险的益处。 我是这项技术的非常坚定的支持者，但它尚未成熟。 它必须小型化和改进。 我们的八位患者对结果非常满意，而且我认为他们不会对无法提供比我们外部传感器提供的更多运动益处的可植入技术感到满意。
借助我们在本月自然方法 (Nature Methods) 杂志中讨论的新型植入物，我们现在可以同时无线且同步地记录约512个通道，这是以前没有人做过的。 这些动物 [猴子] 能够控制轮椅——它们通过大脑控制驾驶轮椅四处走动并完成各种任务，这表明这是可能的并且拥有非常美好的未来，但它目前尚未为患者做好准备。 [大众科学 是自然出版集团的一部分。]
信号来自脑电图，但我的理解是脑电图容易受到噪声和污染，尤其是来自肌肉和眼球运动的噪声和污染。 您是否采取任何措施来证明信号来自大脑而不是这些其他来源？
我们同时记录脑电图，因此我们可以看到是否有任何影响。
从理论上讲，外骨骼是否可以通过声音或手指移动或类似的东西来同等地控制？
我不知道。 我们没有尝试过。
您是如何找到您在过去几个月里一直在合作的巴西患者的？
我们是与巴西的卫生部门合作完成的。 我们与该国最大的脊髓医院合作——他们有65,000名患者——并选择了我们认为最适合这项研究的八位患者。
您想要年轻人是因为他们相对较轻吗？
他们的年龄在22岁到38岁左右，所以他们的体重范围不同，其中一些是残疾人运动员，所以他们是健康的年轻人。
这里的新技术有哪些——脑电图帽、套装、处理信号的软件？
我还没有见过任何由自愿大脑活动控制并同时向患者提供反馈的外骨骼。 这不存在——或者至少没有在文献中发表过。
这项技术离全世界瘫痪人士可以使用还有多远？
这与人们登上月球时人们提出的问题相同，我们已经知道答案。 这就是科学进步的方式。 您取得了重大进展，然后您发现可以做什么，然后您尝试通过开发可以供所有需要它的人使用的新版本来应用它。
如果在大日子里事情没有按计划进行，并且套装没有按照规格运行，或者患者感到紧张，是否有某种备用开关可以操作系统？
我们有数小时的视频片段，记录了这些患者使用该设备行走的情况，我们将公开并提供这些视频，我们希望该套装能够正常工作。
您是否担心当天有任何特定障碍，例如观众中的手机或类似的东西？
我现在的障碍只是记者。 有太多的悲观主义者看不到这对于发展中国家的科学意味着什么，他们只把科学家看作是一群制造炸弹和杀人武器的人。 我们需要将科学描绘成一项可以改善人类的良好事业。 这就是我们正在努力做的。
您为什么选择世界杯来首次展示这项技术？?
因为世界杯是巴西。 巴西就是世界杯。 没有其他国家能像巴西那样体现足球之美。 这完全有道理。 我们也有残奥会的计划。 残奥会也在巴西举行。 别担心，我们会去的。