首个真·赛博人 小伙大脑插管7年多 破世界记录

36岁Nathan Copeland

36岁Nathan Copeland佩戴脑机接口生活7年之久，成为世界上第一个真正的“半机械人”。人机混合的未来，是机械人，还是人类？

世界首个真·赛博人诞生了。

36岁男子Nathan Copeland已经佩戴脑机接口生活了七年零三个月，打破了佩戴BCI时间最久的世界纪录。

他将自己称为“半机械人”。

甚至还能控制移动机械手臂，比如吃个玉米饼。

让人震撼的是，他创作了世界上第一幅使用BCI捕神经信号绘制的猫，竟卖出3万元。

那么，Nathan Copeland和脑机接口之间有怎样的故事？

我的“赛博格冒险之旅”

2004年的一场车祸，导致Nathan Copeland胸部以下的身体部位全部瘫痪。

2014年，匹兹堡大学正在做一项针对脊髓严重损伤患者的研究，为了借助脑机接口（BCI）帮助这些人恢复已经丧失的能力。(论文链接：https://www.rnel.pitt.edu/research/neuroprosthetics/intracortical-brain-computer-interfaces)

Copeland可以控制外部设备，比如用平板电脑玩电子游戏“吃豆人”

甚至还能控制移动机械手臂，比如吃个玉米饼

Copeland毫不犹豫便参加了。

当他谈到参加这项研究的部分灵感，便是来自游戏和动画中喜爱的机器人和半机械人。

他创作了世界上第一幅使用BCI捕神经信号绘制的猫

要知道，当时这项研究还只是测试阶段。不仅需要进行脑部手术，而且这个设备能够工作多久，无人知晓。

Copeland称，刚开始的时候，研究者表示可能会持续使用5年。然而这5年是基于在猴子身上测试的数据，因为从来没有人类这样做过。

2015年，Copeland接受了芯片组植入。研究者在其大脑中共植入4个微型阵列，2个在运动皮层，2个在感觉皮层。

这被称做犹他阵列（Utah array），由硅制成。

一个标准的阵列是由100个微针（硅电极）组成的4.2mm正方形网格，每个微针约1mm长，其表面涂有导电金属。

神经元在彼此交流时会产生电场，而这些阵列可以让研究人员能够观察和记录数百个相邻神经元的活动。

为了创建真正的脑机接口，研究人员需要将这些神经信号转换成数字命令，从而让佩戴者能够驱动假肢或电脑。

这里，Copeland使用的脑机接口的系统叫“BrainGate” 。

它包括一个植入式阵列、一根电缆，用来连接Copeland头骨上镍币大小的底座和放大神经信号的外部设备，以及一台对这些信号进行解码的计算机。

紧接着2016年，研究学者开始试图让Copeland通过脑机接口系统控制移动鼠标。

这些实验包括玩Sonic the Hedgehog 2、Final Fantasy XIV等视频游戏，同时还有绘画。

早期测试中，Copeland仅能创作出一些由简单线条组成的几何图形。经过几个月的重复练习，他对光标的控制能力也越来越强。

2021年3月，他上传了一段名为“用脑机接口画猫”的视频到Youtube视频。

然后，Copeland在NFT交易平台OpenSea上线了“BCI Cat-01-The Calico”，还卖了2.5以太坊（大约3万人民币）。

此外，他还创作了其他作品，包括《在农场》、《星夜》等。

在农场｜BCIcanDoBetter

星夜

Copeland称，自己是第一个在感觉皮层植入电极人，因此在控制机械臂的同时，还能接受到感觉。

如下这张图展示了感知电极的位置，能感受到一些温暖、亲拍、压力等感觉。

尽管已经使用7年多，Copeland的植入物依旧能够使用，而且没有造成任何严重的副作用或并发症，对脑机接口领域来说未来是有希望的。

这种设备从20世纪60年代就开始研发，但仍处于试验阶段。

但是，对于植入式阵列的长期耐久性仍然存在疑问。随着时间的推移，它们的性能会下降多少，以及是否可以升级都成为需要解决的问题。

“如果丧失的功能恢复了数年，然后又再次失去，那将是彻底令人发狂的。”

大脑插管7年，破世界纪录

上世纪80年代，作为犹他大学生物工程学的教授Richard Normann首次构想出犹他阵列，试图去找到一种恢复视力的方法。

自那以后，它已经发展成为研究脑机接口的行业标准。

2004年，Matt Nagle成为第一个被植入犹他阵列的瘫痪者。根据他参与的研究方案，仅持续一年后被移除了。

手术完成后，Nagle能够移动电脑光标，控制电视，查看邮件，并使用假肢能够完成打开和关闭动作。

现在，全世界有30多名研究参与者佩戴植入式脑机接口。

Ian Burkhart之前一直保持着脑机接口植入时间最长的记录，直到2021年他的研究结束时将其移除。

到目前为止，犹他阵列的研究已经在猴子身上持续了10年之久。但是由于佩戴这一设备的人少之又少，其寿命仍然是未知数。

匹兹堡大学的生物医学工程师、科普兰研究小组成员Robert Gaunt表示，

就Copeland的情况而言，他的阵列仍在工作，但不如植入后的第一年好。毕竟这些电子工程系统本就对于自身来说是侵入物，身体就会试图摆脱它。

研究表明，刺状探针刺入大脑后，植入的阵列可以在电极周围的神经组织中激发免疫反应，带来的炎症会导致信号质量下降。

另外，大脑植入物周围会形成疤痕组织，这也会影响它们从附近神经元接收信号的能力。

脑机接口能够从神经元解释的信息越少，它执行预期功能的效率就越低。

为此，科学家试图让植入物持续更长时间的方法之一是，用不同种类的材料进行实验。

犹他阵列是绝缘的对二甲苯（parylene），一种保护性聚合物涂层，相对稳定的同时提供低渗透性的水分，经常用于医疗器械行业。

但随着时间的推移，它会腐蚀和开裂，而其他材料可能会被证明更加耐用。

一家制造犹他阵列的Blackrock Neurotech公司正在测试一种涂有聚二甲苯和碳化硅的复合材料。

另一种方法是缩小植入物尺寸。比如，研究者正在测试神经颗粒，这是一种沙粒大小的微小碎片，假设可以洒在皮质表面。

目前，一些研究参与者已经取出并更换了犹他阵列，但是多次手术并不理想，因为每次手术都有感染或植入部位出血的风险。

一般来说，外科医生多数情况下不会把新植入物放在与旧植入物完全相同的位置，尤其是在那个区域有疤痕的情况下。

但是必须确保植入物放置在正确的位置，如果误放，可能会导致认知和沟通障碍。如果使用可升级的外部脑机接口部件 会更好，这样患者就不必进行多次手术。

但是，大多数脑机接口系统的外部部分实际上是大脑植入的最大风险之一。

因为位于头骨上方的基座容易引起感染，然而它的存在对于将植入的阵列连接到外部计算机是必要的。

现在，Copeland和其他研究参与者必须通过他们的头部基座接入系统才能使用他们的 BCI。

或许对于Nathan Copeland来说，这只是一个小小的烦恼。作为交换，他可以使用脑机接口做一些事情。

由于脑机接口的寿命未知，Copeland知道自己的植入物有一天可能会停止工作，但他表示自己会顺其自然。

他称，“5年或10年后，如果有什么显著改善的地方，我会直接再做一次手术。”