希望瘫痪病人可以像猴子一样，经过训练能够用思维来控制机械手——
在匹兹堡大学进行的一项试验中，猴子用脑信号控制着机械手，从叉子上拔下一块果汁软糖，并把它放进嘴里
在匹兹堡大学进行的一项试验中，猴子用脑信号控制着机械手，从叉子上拔下一块果汁软糖，并把它放进嘴里
科学家们最近宣布，将猴子的大脑通过电极与计算机连接后，两只经过训练的猴子可以靠思维来控制机械手以取食少量的食物。这项惊人的壮举被认为是机械假肢研制中的一个重大突破——瘫痪病人用思维就能控制和操纵这些机械假肢。
科学家们计划在脊髓损伤或运动神经元疾病患者的修复术中使用这项技术。完全瘫痪的人除了依靠人造假肢或轮椅，几乎没有别的选择。他们希望，有朝一日开发出的一些辅助设备，就像人类身体的自然延伸能适合多种目的，例如开车、操作铲车等。
匹兹堡大学的神经生物学教授安德鲁•施瓦兹（Andrew Schwartz）说，这些猴子能够移动机械手把果汁、软糖或水果送进嘴里，这是一套“流动的且控制良好的”动作。“现在我们正开始理解大脑是如何利用‘大脑－机器接口技术’工作的，”施瓦兹博士说。他的研究成果发表在《自然》在线杂志上。
“关于大脑我们了解得越多，我们就能够更好地治疗多种脑部疾病，从帕金森氏症和瘫痪最后到老年痴呆症，甚至是精神疾病。”他说。
为了找到大脑复杂的控制肌肉运动的电活动（electrical activity）的机理，科学家们为此做出了巨大的努力，这项研究只是其中的一部分。最终，科学家们希望能开发出一种检测并理解大脑模式的方法，而大脑模式预示着一个人的关于肢体运动的意图。
这项技术被称为“大脑－机器接口技术”，该技术希望把电脑微处理器的硅芯片与人类神经系统的碳基“软件”连接起来，以便机器能被大脑控制。“我们的近期目标是为完全瘫痪的患者制造一个假肢装置，最终，我们的目标是更好地理解大脑的复杂性。”施瓦兹说。
试验中的猴子最初接受训练时，是用一根操纵杆控制机械手（由猴子自己的手操作的）。然后对猴子的手臂施以轻柔的约束，训练它们运用大脑运动中枢（运动中枢是控制肌肉运动的）中的电模式来操作机械手。在训练中科学家们惊讶地发现，猴子移动机械手是非常容易的，看来机械手作为一件有用的取食工具很容易被猴子接受。
当运动中枢发出指令进行肌肉运动时，数百万个脑细胞即刻被激活，科学家们从中选出一个大约有100个脑细胞的代表性样本，并用电极监控这个样本。然后电信号模式被传输到一台事先输入特定程序的电脑中，由其分析这些信号模式并用来控制机械手的运动——机械手由一个肩关节、一个肘关节和一只像爪子的夹子“手”组成。
用以试验的机械手有5个自由度——3个在肩上，1个在肘关节上，1个在手上。这是仿效人手臂运动的基本要素。开始训练猴子用机械手花了几天时间，并用食物作为奖励。“猴子首先通过观察来学习如何运动，这样可以激活它的脑细胞，仿佛它自己在做一样。这非常像体育运动训练，教练首先要运动员们想象一下他们想做的动作。”施瓦兹说。
科学家们说，研究团队的前期工作集中在训练猴子移动电脑屏幕上的光标，但关键的是如何使用和操纵机械手，这涉及到更复杂的运动系统。
蒙特利尔大学神经科学家约翰•卡拉斯卡（John Kalaska）说，这个试验是第一次示范使用“大脑－机器接口技术”来完成一个实际的行为活动，例如取食。“它代表着神经修复控制器开发的最新进展。原则上讲，有朝一日类似人手一样的机器人能够帮助病人完成许多日常事务，如吃东西、用杯子喝水或使用工具。”卡拉斯卡博士说。
“一个令人鼓舞的发现是猴子学习控制机械手是非常容易的……同样令人鼓舞的是，猴子控制和与机械手互动显得很自然。”他说。“当试验者意外地改变了食物的位置时，这些猴子为避开障碍，让夹子‘手’划了一个弯曲的轨迹，对原来的轨迹做了快速的修正，甚至用夹子‘手’作为支撑，把食物推了一下，便于把食物从唇边送进嘴里。”卡拉斯卡说。
2000年，麻省理工学院（MIT）的科学家们第一次向世人表明存在这种可能：记录猴子大脑中的神经活动，并通过网络把这种神经活动传送出去，可以控制距实验室600英里的一个遥控机械手的运动。当时他们也把微电极植入了猴子大脑中，但是没有取得成功，即用机械手取食。
卡拉斯卡说，下一个任务就是通过机械手把感觉信息传回给猴子，这样猴子就会知道抓住一个物体是很困难的，这一点对人类之间的互动是必不可少的。
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所谓脑—机接口技术，是通过实时记录人脑的脑电波，在一定程度上解读人的简单思维，并将其翻译成控制命令，实现对计算机、家用电器、机器人等设备的控制。这项研究最初是为了帮助那些丧失运动能力但大脑功能正常的残疾人，让他们用自己的思维直接操控轮椅、假肢，甚至使用计算机。
脑—机接口由电极帽、脑电波放大器和一台计算机信息处理器三部分组成。当人在思维时，大脑皮层会出现特定的电活动，在头皮记录到的这种电活动通常叫作脑电波。这些电波可以借助高性能的生物电信号采集系统以及专门设计的脑电电极帽，把这些特征实时地提取出来，并进行自动分类，从而实时判断出当前人所处的思维状态。然后，再通过计算机将判断出来的思维状态翻译成预先设定的控制命令，通过无线网络发送出去，从而实现人脑对计算机等外部设备的直接控制。
长期以来，各国尖端研究领域都非常重视它的研究价值。在美国马萨诸塞理工学院的“21世纪能改变世界的10大技术”排行榜中，脑—机接口技术排名第一位。
2006年年初，清华大学的研究小组提供了一套国际领先的信号处理和模式分类方法。这个新系统不再需要任何外界的视觉刺激，只需想象自己的肢体运动，计算机就可以通过脑电波判断出你在想的是什么运动，并翻译成相应的控制命令来控制家电的开关或者机器人的运动。