大家好，我叫张艺衡，来自运动控制神经机制研究组，今天跟大家聊一聊运动控制与脑机接口相关的话题。从最简单的言谈举止到精美的舞蹈动作，运动控制可以说是人类的强项。但是换一个观点来看，我们身体中大约有600块肌肉，按照一张一弛这两种状态，他们组合就有二的六百次方，这个数字大于宇宙中原子数目的总和，那我们的身体如何正确协调这些肌肉达到令行禁止？其实也很简单，神经系统依靠分级调节实现各种运动。
首先介绍最基本的控制单元——脊髓反射。已知每处关节都至少有一对拮抗肌控制，而支配拮抗肌的运动神经元在脊髓阶段发生联系，从上而来的运动指令到达脊髓，使一侧肌肉收缩，而另外一侧肌肉舒张，保证关节正常开合，这就是所谓的脊髓反射。许多其他核团也参与到运动调控之中，他们偏重于不同的功能。就像一个作战部队，每一个神经肌肉连接就相当于冲锋在前的列兵，皮层下其他的核团和结构相当于营连建设，大脑皮层相当于司令部。
大脑皮层只需要发一个简单的指令就可以完成各种主动运动。
如果司令部和前方部队失去联系，就会造成命令无法传递到下游，即高位截瘫。这时候就需要脑机接口，使用外部设备将大脑的信息读取出来，实现特定功能。测量大脑活动的方法有很多，下面主要介绍将神经元动作电位作为信号的相关设计，这种信号时间精度高、定位准、方便解读。脑机接口的三大技术突破就是信号采集、实时解码和控制外部设备。
近十几年，随着机械手臂工业化大规模的使用和实施解码算法的不断升级，世界很多的研究组开始利用脑机接口制造神经假肢。以加州理工大学 Richard Andersen 实验室2015年报道的工作为例，被试 Eric 在19岁的时候不幸脊髓受损，导致脖子以下完全无法活动。他在36岁的时候接受了神经外科手术，在后顶叶皮层植入了两个阵列电极。
研究者通过电极读取他脑内神经元活动数据，解码他的想法，作为运动指令传输给机械臂，帮助病人完成想要的动作。被试可使用自己大脑里面的神经元直接控制外部的机械设备，喂自己喝果汁。但是这里有一个问题，我们可以看到机械手臂运动得很慢，主要是因为当前的解码算法大多依靠反馈，每一步规划时程很短，需要不断反馈校正，影响总体速度。
我们实验室计划使用前馈控制解决上述问题，即直接预测大脑的未来运动意图，这样可以在动态环境中驱动机械臂抓取移动目标。实验中我们训练猕猴进行拦截任务，每次从中心出发，拦截外周运动目标。这种拦截运动是具有前向预测性的。猕猴手先要放在中心，外周随机出现一点并做匀速圆周运动，猴子要等到中心点变暗时伸手拦截运动的目标点。手动轨迹显示他们充分估计了视觉延迟和运动耗时，直接奔向未来的拦截位置。
在猕猴进行任务的同时，我们记录运动皮层相关神经元活动，接着用群体数据进行建模，得到解读猕猴运动指令的解码器，最后将运动指令传给机械臂，这样实现猕猴用意念驱动外部设备。其实更广义的脑机接口是指人脑和机器的融合，上传意识、强化人体、虚拟空间等这些概念在影视和动漫作品里多有提及。虽然现在还无法实现这一步，但是这些梦想不再是遥不可及的，相信我们会合理开发利用这些技术，期待人机融合引发的下一次进化飞跃。
谢谢大家。