比利时鲁汶大学脑机接口研究取得突破，可让猴子完成3D VR环境精准导航

近日，研究人员成功开发出一种具有创新性的皮层内脑机接口（BCI），为未来帮助瘫痪患者操控轮椅、假肢等设备带来了新的可能。目前，该技术已在猕猴身上顺利完成测试，相关研究成果更是发表于权威期刊《Science Advances》。

这套脑机接口系统宛如一个精密的“神经信号解码器”，采集猕猴大脑中三个关键区域的神经信号，分别是初级运动皮层、背侧运动前区皮层与腹侧运动前区皮层。这一举措意义非凡，成功实现了对实时三维运动的更精准、更灵活解码，相较于以往的脑机接口系统，无疑是一次重大的技术跨越。

为了更真实地模拟现实生活情境，研究采用了具备立体视觉的复杂3D VR环境。这个虚拟世界的场景复杂度与不可预测性逐级递增，仿佛是一个充满未知的冒险乐园。实验中，猴子被稳稳地固定在座椅上，头部与手臂受限，只能专注地观看高刷新率的3D屏幕。同时，它们佩戴着与显示屏同步的快门式眼镜，以获得逼真的立体视觉体验；红外眼动追踪设备则以高达500赫兹的频率，时刻监测着猴子的视线动向。

研究人员在三只猴子的三个不同运动脑区精心植入了Utah阵列电极（微型电极网格），即初级运动皮层（M1）、背侧运动前区皮层（PMd）与腹侧运动前区皮层（PMv）。此前，多数脑机接口仅依赖初级运动皮层，然而，许多运动相关的独有信号在M1中缺失或难以解析，这无疑降低了数据质量。

为了攻克这一难题，研究团队尝试额外记录另外两个脑区的信号。结果令人惊喜，在所有任务与受试个体中，PMv与PMd的信号表现始终优于M1；仅使用PMv与PMd的组合，效果往往接近甚至超过同时采集三个区域信号的整体水平。这一发现不仅表明运动前区皮层存在协同作用，更凸显出在有运动前区信号时，M1独立发挥的作用有限。

一项配套研究进一步证实，仅依靠PMv活动即可支持在线光标控制，且效果与M1或PMd相当。由于该区域信号反映的是高级运动规划指令，而非M1发出的底层执行信号，这对于患者来说，可能意味着更容易操控脑机接口。此外，对于中风导致M1受损、或患有肌萎缩侧索硬化（ALS）的患者而言，利用其他皮层区域信号实现脑机接口控制具有至关重要的意义。

在所有任务中，解码器采用了独特的训练方式，即通过猴子被动观察VR环境中的运动画面来采集数据并训练。猴子只需静静观看屏幕上的动作，其大脑产生的神经反应就会被用于校准解码器。这一点对于那些无法自主做出动作以训练系统的瘫痪患者来说，无疑是至关重要的。

该脑机接口系统将三个运动皮层的神经活动转化为实时三维速度信号，猴子的脑信号持续被解码，用于控制VR环境中球体或虚拟形象的方向移动指令。系统采用闭环运行模式，在线使用期间无需重新训练解码器，而是依靠使用者自身的神经可塑性与解码器的强泛化能力工作。这意味着猴子的大脑会主动适应并控制系统，而非系统不断根据大脑活动重新校准。

为了全面验证系统的有效性，研究人员精心设计了五项任务，逐步测试脑机接口能否应对避障等动态、不可预测的场景。实验装置在逼真的沉浸式3D VR环境中搭载动态相机追踪系统，可实现连续导航与避障，高度模拟真实世界场景。立体3D显示屏为猴子提供真实的深度感知，相比以往研究使用的2D屏幕，无疑是一项重要改进。

这款专为适配瘫痪患者设计的脑机接口，仅需短暂的被动注视、无需任何主动动作即可工作，且采用闭环运行、无需解码器重训练。被动校准与自适应控制的完美结合，标志着脑机接口向实际落地应用迈出了坚实而重要的一步，为瘫痪患者带来了重获生活掌控权的希望。