可以自己拿起咖啡送入口中!腦機合一,讓癱瘓者靠意識控制四肢
可以自己拿起咖啡送入口中!腦機合一,讓癱瘓者靠意識控制四肢
2017.04.05 | AI與大數據

3月29日,在美國凱斯西儲大學學者與克裡夫蘭功能性電刺激中心的實驗下,一名四肢癱瘓病人透過大腦思維成功地控制雙手,將食物送進了自己的嘴裡。

參與實驗的癱瘓病人名為Bill Kochevar,今年56歲。他在一次騎自行車時發生車禍,導致全身癱瘓。

Bill對Engadget記者表示:

對於一個已經癱瘓八年,全身上下無法動彈的人來說,即使只能移動一寸對我來說都是極其幸運的事。而這次實驗結果已經比我想像中的好得多了!

點開下方影片,我們一起見證這對於所有癱瘓者來說,充滿曙光的一刻:

當然,這樣的成果不是一蹴而就的。

事實上,科學家們很早以前便開始嘗試製造這種大腦皮層腦機介面(intracortical brain-computer interface (iBCI))。其中,美國布朗大學神經生物工程學家Leigh Hocherg教授(也是這次實驗的領導人)取得的成果最為顯著。

Bill Kochevar
癱瘓患者透過大腦思想控制螢幕游標。

早在2004年,Leigh所帶領的「腦門」(BrainGate)就計畫將腦機介面放入了一名24歲的四肢癱瘓者的大腦皮層,幫助這位元患者傳遞大腦資訊。這個裝置雖然只有藥片大小,但內部十分複雜,由96根電極組成。

又到了2010年,美國加州大學洛杉磯分校和加州理工學院學者開始幫助患者利用大腦思想控制螢幕上的滑鼠游標。

Bill Kochevar
患者透過思維控制機械臂,拿起桌上的咖啡

2012年,在Hocherg的指導下,腦門計畫開啟了第二階段的探索。在這次試驗中,兩位參與者Cathy和Bob均已中風,四肢癱瘓,無法說話。

神經外科醫生製作了包含著約100根頭髮絲那麼細的電極的微型記錄裝置,植入到他們大腦的運動皮層中,記錄下與運動有關的神經訊號。這次實驗使患者成功利用大腦思維控制機械臂,拿起桌上的咖啡,準確送入自己口中。

Hocherg教授認為:

從二維到三位元,再到目標物體的到達和抓起,然後在指引下送入目的地,這對於我們來說是個巨大的進步,也遠遠比單純加上一個維度要來的複雜。

除了大腦皮層腦機介面外,功能性電刺激系統(functional electrical stimulation)在實驗中也起到了至關重要的作用。

功能性電刺激系統是一種通過刺激四肢上的神經,使手臂、大腿或手指動起來的系統。這種技術此前被用於幫助四肢癱瘓者來活動他們的四肢,但也僅僅只能做到聳肩或點頭的地步。

而凱斯西儲大學與克里夫蘭功能性電刺激中心此次實驗之所以能取得如此大的飛躍,就是因為他們將大腦皮層腦機介面與功能性電刺激系統兩者進行了有機結合。

為了讓大腦表層接收到最準確的指令,他們將Bill安置在一台核磁共振儀中,讓他在想像中活動自己不同的身體部位,並在此期間追蹤身體的每個部分是有哪部分神經控制的。

實驗的另一領導者Bolu Ajiboye在接受《時代週刊》訪問時說:

只有透過這種因人而異的實驗方法,我們才能得出精准的大腦地圖。

實驗小組透過資料在Bill大腦的特定地點植入電極,並將它們與一台可以解碼指令的電腦相連。
為了練習,Bill透過大腦思維控制了電腦螢幕上的虛擬手臂,又用相同思維控制了現實中自己的手臂。

那種感覺很好,但稍縱即逝,他說:「我很快就知道怎麼操作,並在每次聯繫後都愈發熟練。」

與此同時,克裡夫蘭功能性電刺激中心透過遠端操控36電極陣列(36-electrode array)加強Bill萎縮的手臂和手掌肌肉力量。

當大腦皮層腦機介面與功能性電刺激系統同時工作時,Bill便可以用自己的手吃、喝、甚至撓鼻子了。
對於實驗效果,Bill這樣描述自己的感受:

對我而言,這感覺就像(沒癱瘓)以前一樣,除了感覺上稍顯遲鈍。

當然了,Bill沒有任何觸覺上的感受,但這絲毫沒影響到他:

他們曾讓在某幾場實驗中閉上眼,結果我還是能拿到東西。

有朝一日,或許再細微的感覺都會被類比出來。

雖然這個系統有效地説明癱瘓者再次得以掌控自己的四肢,但在日常生活中,這樣龐大體積的器材卻不太現實。或許“腦門”計畫的下一步便是縮小整台機器的體積,直到它能被植入甚至適應患者的身體。

無論如何,這次實驗的結果都賦予了全球超過10億的殘疾人希望,也證明馬斯克曾闡述的「大腦介面」理念並不是空穴來風,聳人聽聞。

領頭人Leigh Hocherg認為,實驗成果或許真的將顛覆歷史:

這次實驗成果很可能將神經技術引入一個全新的時代,一個能夠幫助殘疾人們恢復活動能力和自主能力的時代。

本文授權轉載自:36 氪

往下滑看下一篇文章
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

【總統科學獎委員會 廣告】

登入數位時代會員

開啟專屬自己的主題內容,

每日推播重點文章

閱讀會員專屬文章

請先登入數位時代會員

看更多獨享內容

請先登入數位時代會員

開啟收藏文章功能,

請先登入數位時代會員

開啟訂閱文章分類功能,

請先登入數位時代會員

我還不是會員, 註冊去!
追蹤我們
進擊的機器人
© 2025 Business Next Media Corp. All Rights Reserved. 本網站內容未經允許,不得轉載。
106 台北市大安區光復南路102號9樓