在即将于本周五凌晨举行的巴西世界杯开幕式上,观众将很有可能见证一次或许是世界杯开幕式历史上最独特的开球:一位瘫痪的年轻人将在机械外骨骼的协助下,为2014年巴西世界杯踢出第一球。这套机械外骨骼的制造者是来自杜克大学的神经科学家米古尔·尼可雷里斯(Miguel Nicolelis)。在他看来,此次世界杯开幕式将会成为巴西科研领域的一座里程碑。
这种机械外骨骼利用安装在头盔上的非植入式脑电信号电极来收集使用者的神经信号。这种方法与植入式电极相比,可以集中收集上百万个神经元发出的信号。科学家们有时会这样比较这两种方法:把收集大脑神经信号想象成录制交响乐团演出。植入式电极就像是在乐团中的个别乐手前单独放置麦克风录音,而非植入式则像是在音乐厅外,用一个麦克风录制整个乐团的演奏。
目前采用非植入式脑电信号电极技术的机械外骨骼装备还有很大的提升空间。现在最先进的该类型机械外骨骼应该是日本研发的混合辅助肢体(Hybrid Assistive Limb,HAL)。该设备可应用于身体部分瘫痪或者肌肉力量极度虚弱的人。此外,还有少数针对全身瘫痪的人设计的设备。但是用该设备辅助行走速度非常缓慢,移动几米的距离就需要几分钟时间。
因此现在人们最关注的人问题在于,这次即将在世界杯开幕式上亮相的机械外骨骼,能超越它的前辈们吗?
对于这个问题,一些研究者认为,这项机械外骨骼技术可能并不像尼可雷里斯所宣称的那样先进。密歇根大学的神经科学家、生物医学工程师丹尼尔·费里斯(Daniel Ferris)就指出:“很多人都打赌说,这次的展示没什么新鲜的,纯粹是哗众取宠。”不过他自己表示他还要实际看过之后才能评价。
但对于专业研究者来说,只从电视画面中观看也很难做出恰当的评价。他表示:“这次会不会是一个脊椎部分损伤、能够自己勉强行走的人,他只是在借助机械外骨骼辅助行走?”如果是这样的话,判断机械外骨骼究竟发挥了多大的作用就会十分困难,而且也很难说外骨骼的运动多大程度上是由使用者的大脑控制的。“结果就是,他们说什么你就只能信什么了。”
对脑机交互领域(brain-machine interface)的研究者来说,这次展示的实际科研意义究竟有多大主要取决于人脑对这套机械外骨骼的控制程度。
如果大脑仅仅能够发出启动/停止指令,然后机械外骨骼按照预先设定好的程序完成一系列动作,那么这套外骨骼就大致达到了当前的科研水平,谈不上什么突破;但如果使用者可以通过机械外骨骼以正常的步速和姿态行走,并且可以根据足球的运动非常精细地调整自己的动作,那么这将是一个非常重大的突破。