2014年巴西世界杯的开幕式，是大脑控制外骨骼研究的一个绝佳的实验场地，残疾少年将身披接驳进大脑的机械外甲，开出这一全球盛宴的第一脚球。《环球科学》连线“绿荫场钢铁侠”缔造者、杜克大学医学院神经科学教授米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis），为你讲述“脑-机接口机械战甲”的研发之路。
2014年巴西世界杯的首场比赛，吸引全世界数十亿观众目光的，绝对不只是巴西队的进球和罚下对手的红牌。这一天，我所在的美国杜克大学的实验室——专门研制用脑电波控制机械假肢的技术，将与欧洲和巴西的同道一起，为脑-机接口技术、瘫痪治疗史，树立一座新的里程碑。巴西世界杯开球少年的双腿上，将包裹一套我们称之为“外骨骼”（exoskeleton）的机甲装备。
在足球场上，由瘫痪少年的大脑发出的行动信号，经无线传输到背包内一台笔记本大小的计算机装置中，进而让瘫痪少年迈出具有历史意义的一步。
这一革命性技术的科学展示，将给全球数十亿观众传递一个讯息：大脑控制机器已不仅仅是实验室的演示和技术幻想，因外伤或疾患致残的残疾人，很可能再次获得行动能力。未来十年，我们也许会研发出一种技术，将机械、电子或虚拟机器与大脑相连。这项能够恢复行动力的技术，不仅给交通事故和战争受害者带来希望，也会使渐冻症（肌萎性脊髓侧索硬化症）、帕金森病和其他运动障碍患者获益，例如在伸肘、握拳、行动或语言上有障碍的病人。
除了帮助残障人士，科学家还能用神经假肢装置（Neuroprosthetic device，也称脑－机交互设备）做更多的事，比如通过增强正常人的感知和运动能力，以一种革命性的方式去探索世界。人们或许可以用脑电波控制大大小小的机械装置，远距离遥控飞艇，甚至与他人分享思维和感觉，形成以大脑为基本单元的网络系统。
“重新行走项目”的基础，可以追溯到20世纪60年代，科学家在那时第一次尝试探索动物大脑：如果能将神经信号输送至计算机，计算机能否发号指令，启动机械装置？1990年至2010年间，我和杜克大学的同事共同创建了一种方法，将数百个发丝般细柔的传感器，即微细线（microwire），植入大鼠和猴子的大脑。
过去20年中，我们已经证实，灵敏的微细线可以探测到额叶和颞叶皮层中，成百上千个神经元发出的微弱电信号（即动作电位），而额叶和颞叶皮层正是自主运动的主要控制脑区。
事实上，在开球“钢铁侠”走上2014年世界杯开幕式之前，科学家首先得在一间先进的虚拟—现实房间内进行实验，即所谓的洞穴状自动虚拟环境（Cave Automatic Virtual Environment），这个房间内，四周墙壁、地板和屋顶都会装上显示屏。
参加这项研究的受试者会戴上3D眼镜和头罩，这种头罩可以通过脑电图和脑磁图，以无创的方式检测受试者的脑电波（由于是测试第一代技术，受试者为体重较轻的青少年）。戴上之后，受试者就会进入一个朝着四周延伸的虚拟环境，学会如何通过意识来操控虚拟身体。
我们现在的记录魔方已经囊括了超过1 000个有效的记录微细线。按照一个微细线至少记录4～6个神经元的信号来计算，每个魔方可以捕捉4 000～6 000个神经元的电活动。假如我们在负责高级运动和决策的额叶和顶叶皮质区，植入多个魔方，那么我们就能够同时获得上万个神经元的信号。根据我们的理论模型，这些应该足够操控外骨骼，赋予双腿活动能力，让瘫痪患者恢复自主运动。
当然，在此项研究应用到人体之前，我们不断地在动物身上了进行严格的实验。无论是在巴西、美国还是欧洲，这项研究必须经过监管机构的严格测试，确保科学和道德上的合理性。对于巴西科学界来说，这项成果即便出现了一些不确定性因素，纵使第一次公开亮相的时间很短，但像这种史上少有、具有里程碑意义的研究成果，也足以吸引学者们的眼球。