第三只手臂，不是第三只眼。科学家开发大脑操作的第三只手臂

增强人体机能 ‹ 像第三只手臂一样，扩展人体的技术被称为“运动增强”。如果这成为现实，人们将能够仅用意念来操作机械臂，并能够执行以前不可能完成的任务。最近，机器人手臂有时会用在手术中，但普通外科医生只能同时操作两只手臂。但如果可以使用第三只手臂，就可以执行更高级的操作。在建筑工地工作的工人可以用机械臂支撑一块大面板，并用双臂固定它。或者，通过让他的第三只手臂在键盘上舞动，他或许能够演奏出前所未有的超凡钢琴演奏。电极阵列（左）读取的肌电图信号被发送到训练模块（橙色框），该模块决定如何为每个神经元提取信号。我们在数学上将过程总结为参数，例如分离矩阵。基于这些，解码模块（绿色框）有效地从 EMG 信号中实时提取每个神经元的尖峰序列或“尖峰序列”（右）/图片来源：CHRIS PHILPOT EMG“脑机接口（ BCI)”作为一种用思维来操纵机器的技术正在被研究。然而，BMI 需要在大脑中植入手术植入物，因此很难在专门的研究设施之外使用。因此，此次研究团队采用了“肌电图”。这是一种将电极连接到皮肤并检测从脊髓神经细胞传输到肌肉的命令的设备。如果您从该电信号中读取了预期的身体运动，您应该能够操作机器人手臂。因此，开发了“训练模块”和“解密模块”。首先，将电极连接到受试者的身体上，让他们轻轻移动肌肉。然后，“训练模块”分析肌电图模式与运动神经元（向肌肉发出命令的神经细胞）信号之间的关系，并以数学方式对其进行总结。接下来，基于该数据，“解码模块”实时读取来自肌电图的运动神经元信号。实验表明，读取仅需几毫秒，足够实用。确认速度很快。受试者使用他们通常未使用的神经带宽来操纵屏幕上的光标。神经信号通过脊髓中的神经细胞从大脑和脊髓传播到胫骨前肌（胫骨肌肉）。这是由电极阵列读取并实时解码的。这些信号包含低频肌肉收缩（蓝色）、β 波段等高频成分（黄色）和未知生物学用途的噪音（灰色）。/图片来源：M. BRACKLEIN 等人，《神经工程杂志》关键是运动神经元发出的高频信号 这些实验揭示了一件有趣的事情。由于我们不知道的原因，运动神经元似乎发送的信息比实际移动肌肉所需的信息多得多。试图移动肌肉的运动神经元发出的信号包含高频和低频。然而，只有低频与实际肌肉运动相关。因此，研究团队想知道是否有办法利用未使用的高频信号。人类是否有可能故意操纵通常不使用的信号？这是个大问题。在验证这一点的实验中，我们将电极连接到受试者的胫骨（胫骨前肌位于皮肤下方），并测试是否可以通过上述模块操作屏幕上的光标。此时，来自运动神经元的高频信号对应于光标的垂直运动，低频信号对应于水平运动。换句话说，要让受测者自由地操纵光标，就必须以意志力来操纵高频和低频信号。在这里，发生了一件事，让我感受到了人类的奇妙潜力。受试者能够自由移动光标。尽管它没有具体解释如何操作光标（研究团队也不知道）。在屏幕上移动光标的实验结果。横向运动由低频神经信号控制，垂直运动由高频神经信号控制。椭圆代表移动光标的目标（加号是圆心）。从顶部开始的三个数字显示了每个对象的轨迹，直到左下角的光标到达目标为止。底部显示光标到达目标时的平均位置 /图片来源：M. BRACKLEIN 等人，《神经工程杂志》 研究团队告诉 IEEE，他们“对受试者能够在寻找与自然分离的神经控制通道方面迈出如此大的一步感到惊讶和兴奋运动任务。“我做到了。” photo by iStock 人类获得第三只手臂的挑战，但要实现运动延伸技术，似乎还有很多挑战需要解决。受试者当然能够用他的意念操纵光标。但这不是一个非常精确的控制。即使是屏幕上一个简单的光标都很难，那么操作一个复杂得多的机械臂的难度将是难以想象的。另一个问题是，人类大脑是否会习惯于外部扩展设备的“直观控制”尚不清楚。换句话说，我仍然不知道我是否可以通过练习更好地掌握这种类型的操作。但最起码，应该清楚的是，人体拥有第三只手臂的巨大潜力，这不是天生的。参考资料：Roboticists Want to Give You a Third Arm – IEEE Spectrum / 作者 hiroching / 编辑 / parumo