在一项测试新型植入式脑机接口(BCI)的研究中，三只恒河猴仅凭脑信号即可控制在虚拟现实(VR)世界中的移动。这项发表在《科学进展》杂志上的研究，展示了脑机接口技术向实验室外实用化迈出的重要一步。
脑机接口在辅助技术中的应用
脑机接口允许大脑与外部设备（如计算机或机械臂）进行直接通信。这种能力被认为对帮助瘫痪患者移动物体、交流或完成其他任务极其有价值。然而，实验室环境下的脑机接口演示与实际可用的灵活系统之间仍存在差距。
先前的研究已经探索了皮层内脑机接口——即直接植入大脑的脑机接口——在猴子和人类身上的应用，使他们能够控制计算机光标、机器人或假肢手臂以及轮椅。还有一些研究恢复了交流和瘫痪肢体的功能。然而，现实世界中的导航需要适应不可预测的事件和复杂环境，而先前的脑机接口在这方面表现不佳，往往需要明显的肢体动作，或仅能在过于简单的环境中工作。
"先前的运动脑机接口研究常常集中在光标或机械臂控制上，这是由于实验室环境的限制阻碍了其在轮椅导航等现实世界情况下的应用。此外，真正的脑控现实导航经常面临需要高度灵活在线校正的不可预测事件，这很可能依赖于前运动皮层和初级运动皮层的活动，"新研究的作者解释道。
在线解码阶段连续导航任务——猴子1。来源：Saussus等人，Sci. Adv. 12, eadw3876
三只猴子、一个球体和一个虚拟森林
新开发的脑机接口系统涉及将电极阵列植入三个运动脑区：用于运动规划的初级运动皮层(M1)、背侧前运动皮层(PMd)和腹侧前运动皮层(PMv)。电极拾取猴子大脑的脉冲信号，这些信号由人工智能模型解释，然后用于控制具有立体视觉的虚拟现实环境中的虚拟形象，该环境模拟了越来越复杂和不可预测的情境。AI解码模型在短暂的被动阶段进行训练，之后无需进一步重新训练即可使用。
在实验的一部分中，猴子学会在屏幕上移动一个球体；在另一部分中，它们以第一人称视角控制森林环境中的猴子虚拟形象。猴子观察屏幕上的移动（被动注视），并利用其脑活动通过多种不同任务进行导航。
用于虚拟现实导航的脑机接口。A，实验设置。B，3D显示，左侧为中心-向外任务，右侧为连续导航任务。C，连续导航任务视频。来源：Ophelie Saussus和Sofie De Schrijver
"通过将来自M1、PMd和PMv的信号解码为连续速度指令，我们的系统支持在广泛任务上的实时控制，包括中心-向外导航、避障、动态目标切换，以及在视觉复杂场景中的第一和第三人称连续导航，模拟了现实生活中的导航。"
"与之前专注于2D光标控制、机械臂或在显性骑行过程中2D显示器上沿轨道进行1D移动的研究不同，我们的VR设计强调现实世界挑战：任务切换、空间和上下文泛化，以及无需明显动作或本体感觉的脑机接口控制，"研究作者写道。
研究团队发现，猴子能够仅凭脑信号准确控制在3D VR环境中的移动，且无需明显动作。有时，它们甚至表现出明显的学习能力，在试验过程中不断提高表现。他们还发现，与初级运动皮层相比，前运动脑区(PMv和PMd)提供了对导航最有用的信号。该系统在不同任务和环境中无需重新训练即可工作，显示出强大的泛化能力。
将猴子VR研究转化为生活质量改善
尽管仍有许多工作要做，包括最终进行人体试验，研究团队相信他们的脑机接口系统代表了改善瘫痪患者生活和功能的前进方向。研究结果表明，大脑可以适应控制虚拟环境中的复杂任务，并揭示了背侧前运动皮层和腹侧前运动皮层在促进脑机接口中运动方面的作用。
研究作者写道："我们的植入式脑机接口系统展示了多项关键能力，使其非常适合在现实生活中协助瘫痪患者。它实现了快速、精确的控制和连续导航，这对轮椅控制等任务至关重要。该系统可以无缝调整目标位置的变化并成功执行避障，所有这些对于在房屋等复杂、杂乱的环境中导航都是必要的，同时还能快速响应患者意图的变化。"
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