脑机接口可以通过肢体末端的神经实现吗？
脑机接口（BCI）技术，听起来是不是很科幻？但其实，它一直在我们身边悄悄进步，尤其是在连接我们身体和大脑的通路探索上，肢体末端的神经扮演着非常重要的角色。
要理解脑机接口如何通过肢体末端的神经实现，我们得先从“神经信号”这个最核心的概念说起。我们的大脑，就像一个超级计算机，通过电信号来传递信息。而我们身体的每一个动作，每一个感觉，都离不开这些电信号在神经纤维中的传递。
神经信号是怎样的？
想象一下，你的大脑想让你握紧拳头。这个指令会以电脉冲的形式，通过运动神经元层层传递，最终到达你手臂和手部肌肉的神经末梢。当这些神经末梢接收到信号时，它们会释放一种叫做“神经递质”的化学物质，作用于肌肉细胞，引起肌肉收缩，于是你的拳头就握紧了。
反过来，当你触摸到一个东西，比如一个温暖的杯子，皮肤上的感受器会感知到这个温度和触感，然后转化为电信号，沿着感觉神经一路向上，传回大脑。大脑接收到这些信号后，你就能“知道”你触摸的东西是温暖的。
脑机接口如何“搭线”？
脑机接口的核心任务，就是“窃听”或者“解读”这些神经信号，然后将它们转化为有意义的指令，或者将外部信息转化为神经信号，刺激神经让大脑感知到。
那么，肢体末端的神经是如何参与其中的呢？
1. 运动神经末梢的“窃听”： 这是最直接的一种方式。你可以设想一下，在你的手指、手掌或者脚部，这些神经末梢非常密集，它们是大脑控制肌肉的“最后一站”。一些脑机接口技术可以通过在这些神经末梢附近植入非常细小的电极，来捕捉它们发出的电信号。
微创或侵入式方法： 比如，过去的研究人员会尝试在运动神经束（一群神经纤维组成的束）附近植入电极，或者更精细地，尝试在单个运动神经纤维的末端（称为“运动终板”）附近放置电极。当大脑发出运动指令时，这些神经末梢会放电，电极就能捕捉到这些微弱的电信号。这些信号随后会被放大、滤波、处理，最终被解码成控制外部设备的指令，比如控制机械臂的运动。
非侵入式方法（较少直接针对末梢）： 虽然直接在末梢进行非侵入式测量非常困难，但我们也可以通过测量肌肉活动来间接推断神经信号。比如，肌电图（EMG）就是通过在皮肤表面放置电极来记录肌肉收缩产生的电信号。虽然这是肌肉的电信号，但它是由神经信号触发的，所以它也包含了来自神经的间接信息。一些高级的脑机接口可以分析这些肌肉电信号，甚至通过训练来识别不同意图下的细微信号差异。
2. 感觉神经末梢的“对话”： 肢体末端同样也布满了感觉神经末梢，它们负责传递触觉、温度、压力等信息。脑机接口不仅能读取运动指令，还能通过刺激这些末梢来“输入”信息给大脑。
提供触觉反馈： 想象一下，如果一个人使用机械手，他们如何知道自己握住了东西？脑机接口可以通过向残存的感觉神经末梢施加电脉冲，模拟触摸的感觉。当机械手感受到压力时，这些电信号就会通过连接的电极传递到感觉神经，然后传回大脑，让使用者感受到“触碰”。这就像是给义肢注入了“感觉”。这些电极可以被植入到神经束中，或者更精细地，在感觉神经末梢附近进行刺激。
为什么选择肢体末端的神经？
为什么脑机接口会青睐肢体末端的神经？
高密度和功能特异性： 肢体末端，尤其是手指和手掌，神经末梢极其密集，而且它们专门负责精细的运动控制和丰富的触觉感知。这意味着在这里能捕捉到更多、更精细的神经活动信息。大脑在控制手指时，会动用大量的神经资源，这为BCI提供了丰富的信号源。
相对容易接触： 相比大脑皮层，身体外周的神经更容易通过手术接近（尽管仍然是侵入性的）。神经束通常有清晰的解剖位置，使得植入电极或进行刺激相对更容易实现。
提供直接的运动和感觉通路： 对于恢复运动或感觉功能的BCI来说，直接与控制该肢体的神经末梢进行交互，是最自然、最直接的方式。它绕过了大脑损伤或脊髓损伤造成的“通信中断”。
技术挑战和未来方向：
当然，通过肢体末端的神经实现BCI并非易事，也面临着不少挑战：
信号的微弱和复杂性： 末梢神经发出的信号非常微弱，且容易受到其他生理信号的干扰。同时，一个动作背后可能有多个神经元的协同放电，如何精确地解码这些复杂信号是关键。
长期稳定性和生物相容性： 植入的电极需要长期稳定地工作，并且不能引起身体的排斥反应或损伤神经组织。材料科学和生物工程的进步是解决这些问题的关键。
精细化和多通道： 为了实现更精细的控制和更丰富的感觉反馈，需要更小、更多通道的电极，能够分别记录和刺激成百上千根神经纤维。
未来的脑机接口，可能会更加依赖对肢体末端神经的精细化理解和交互。比如，开发出能够无创地高精度测量神经活动的技术，或者能够精确到单根神经纤维的植入技术。通过与这些“最前线”的神经“对话”，我们才能更自然、更有效地将大脑的意图转化为行动，或者将外部的信息传递给大脑。
所以，脑机接口通过肢体末端的神经实现，并非遥不可及的幻想，而是我们正在努力的方向，它承载着帮助那些因损伤或疾病失去运动能力和感觉的人们，重新与世界连接的希望。
要理解脑机接口如何通过肢体末端的神经实现，我们得先从“神经信号”这个最核心的概念说起。我们的大脑，就像一个超级计算机，通过电信号来传递信息。而我们身体的每一个动作，每一个感觉，都离不开这些电信号在神经纤维中的传递。
神经信号是怎样的？
想象一下，你的大脑想让你握紧拳头。这个指令会以电脉冲的形式，通过运动神经元层层传递，最终到达你手臂和手部肌肉的神经末梢。当这些神经末梢接收到信号时，它们会释放一种叫做“神经递质”的化学物质，作用于肌肉细胞，引起肌肉收缩，于是你的拳头就握紧了。
反过来，当你触摸到一个东西，比如一个温暖的杯子，皮肤上的感受器会感知到这个温度和触感，然后转化为电信号，沿着感觉神经一路向上，传回大脑。大脑接收到这些信号后，你就能“知道”你触摸的东西是温暖的。
脑机接口如何“搭线”？
脑机接口的核心任务，就是“窃听”或者“解读”这些神经信号，然后将它们转化为有意义的指令，或者将外部信息转化为神经信号，刺激神经让大脑感知到。
那么，肢体末端的神经是如何参与其中的呢？
1. 运动神经末梢的“窃听”： 这是最直接的一种方式。你可以设想一下，在你的手指、手掌或者脚部，这些神经末梢非常密集，它们是大脑控制肌肉的“最后一站”。一些脑机接口技术可以通过在这些神经末梢附近植入非常细小的电极，来捕捉它们发出的电信号。
微创或侵入式方法： 比如，过去的研究人员会尝试在运动神经束（一群神经纤维组成的束）附近植入电极，或者更精细地，尝试在单个运动神经纤维的末端（称为“运动终板”）附近放置电极。当大脑发出运动指令时，这些神经末梢会放电，电极就能捕捉到这些微弱的电信号。这些信号随后会被放大、滤波、处理，最终被解码成控制外部设备的指令，比如控制机械臂的运动。
非侵入式方法（较少直接针对末梢）： 虽然直接在末梢进行非侵入式测量非常困难，但我们也可以通过测量肌肉活动来间接推断神经信号。比如，肌电图（EMG）就是通过在皮肤表面放置电极来记录肌肉收缩产生的电信号。虽然这是肌肉的电信号，但它是由神经信号触发的，所以它也包含了来自神经的间接信息。一些高级的脑机接口可以分析这些肌肉电信号，甚至通过训练来识别不同意图下的细微信号差异。
2. 感觉神经末梢的“对话”： 肢体末端同样也布满了感觉神经末梢，它们负责传递触觉、温度、压力等信息。脑机接口不仅能读取运动指令，还能通过刺激这些末梢来“输入”信息给大脑。
提供触觉反馈： 想象一下，如果一个人使用机械手，他们如何知道自己握住了东西？脑机接口可以通过向残存的感觉神经末梢施加电脉冲，模拟触摸的感觉。当机械手感受到压力时，这些电信号就会通过连接的电极传递到感觉神经，然后传回大脑，让使用者感受到“触碰”。这就像是给义肢注入了“感觉”。这些电极可以被植入到神经束中，或者更精细地，在感觉神经末梢附近进行刺激。
为什么选择肢体末端的神经？
为什么脑机接口会青睐肢体末端的神经？
高密度和功能特异性： 肢体末端，尤其是手指和手掌，神经末梢极其密集，而且它们专门负责精细的运动控制和丰富的触觉感知。这意味着在这里能捕捉到更多、更精细的神经活动信息。大脑在控制手指时，会动用大量的神经资源，这为BCI提供了丰富的信号源。
相对容易接触： 相比大脑皮层，身体外周的神经更容易通过手术接近（尽管仍然是侵入性的）。神经束通常有清晰的解剖位置，使得植入电极或进行刺激相对更容易实现。
提供直接的运动和感觉通路： 对于恢复运动或感觉功能的BCI来说，直接与控制该肢体的神经末梢进行交互，是最自然、最直接的方式。它绕过了大脑损伤或脊髓损伤造成的“通信中断”。
技术挑战和未来方向：
当然，通过肢体末端的神经实现BCI并非易事，也面临着不少挑战：
信号的微弱和复杂性： 末梢神经发出的信号非常微弱，且容易受到其他生理信号的干扰。同时，一个动作背后可能有多个神经元的协同放电，如何精确地解码这些复杂信号是关键。
长期稳定性和生物相容性： 植入的电极需要长期稳定地工作，并且不能引起身体的排斥反应或损伤神经组织。材料科学和生物工程的进步是解决这些问题的关键。
精细化和多通道： 为了实现更精细的控制和更丰富的感觉反馈，需要更小、更多通道的电极，能够分别记录和刺激成百上千根神经纤维。
未来的脑机接口，可能会更加依赖对肢体末端神经的精细化理解和交互。比如，开发出能够无创地高精度测量神经活动的技术，或者能够精确到单根神经纤维的植入技术。通过与这些“最前线”的神经“对话”，我们才能更自然、更有效地将大脑的意图转化为行动，或者将外部的信息传递给大脑。
所以，脑机接口通过肢体末端的神经实现，并非遥不可及的幻想，而是我们正在努力的方向，它承载着帮助那些因损伤或疾病失去运动能力和感觉的人们，重新与世界连接的希望。
网友意见
神经接口可以接在四肢，肌电假肢就是例子，残疾人与有触觉反馈信号的肌电假肢互动其实也可以视为一种虚拟现实。改名前的 Facebook 就在搞由肌电图驱动的腕带式设备，因为这样的设备看起来明显比脑袋插电更安全，或许能在短期内进入市场。
不过，不接入视觉皮层就想输入视觉信号是很困难的，其余感官也类似。大拇指搞个神经接口的功用也就是“减少工作学习娱乐中的大拇指运动，来帮助预防滑囊炎”之流了。
对于侵入式接口，比起接在头上或后颈，前臂上的接口在感染、神经瘢痕等方面要安全一些——注意拇指也比较重要，最好选些出问题也不影响生活的神经来搞接口。你也可以看看通过静脉血管送进体内的脑机接口（类似血管支架）：
doi: 10.1136/neurintsurg-2020-016862
对健全人来说，脑机接口可能影响接口所在的肢体的相关脑区，改变神经细胞间连接状况，影响相应肢体的活动，不良效果可在每次使用后持续一段时间；对残疾人来说这不成问题。
代替残疾人肢体一部分的机器，很容易被人们作为改善人生活质量的正面技术加以接受。
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