美国有超过500万人受到肢体损失或瘫痪的影响。直接与大脑相互作用的技术设备（称为脑部计算机界面）提供了POTEN
美国有超过500万人受到肢体损失或瘫痪的影响。直接与大脑相互作用（称为脑部计算机界面）的技术设备为分解个人的思想并在屏幕上使用机器人臂或光标将其转化为动作的潜力。例如，这些神经假想可以代替截肢或瘫痪的臂，例如帮助用户采取行动。
迄今为止，在该领域的许多研究都集中在解码大脑信号上 – 该人想做什么？
但是，在任何现实世界的假体系统中，还有另一个同样重要的部分。它也需要能够向另一个方向传达信息，回到大脑，以提供外部世界的反馈。想想在没有触摸的情况下与世界互动将有多么挑战。诸如点燃比赛，拿起鸡蛋和抓住咖啡杯之类的任务变得非常困难。
在华盛顿大学神经技术中心，我们的团队正在研究如何最好地刺激大脑的刺激，以恢复允许人们执行有用任务的触觉感觉。为此，我们正在研究人们如何应对大脑的电刺激引起的感觉。我们的目标是帮助设计一个有一天会允许失去触觉的人再次感受到亲人的手的系统。
自然触摸与大脑刺激的速度
与神经外科医生Jeffrey Ojemann和Andrew Ko合作，我们依靠患者志愿者，他们慷慨地允许我们在接受癫痫病治疗的同时进行研究。
为了帮助将患者癫痫发作的起源定位，然后去除脑组织，以帮助他们的癫痫病，Ojemann和KO暂时将小的金属电极植入患者大脑的顶部和内部。这些电极监测大脑的癫痫发作，以便神经外科医生知道在哪里，在哪里进行操作。我们的实验以两种方式使用相同的电极。我们可以记录大脑神经元的电活动。而且我们还能够将少量电流注入大脑的特定部位。当我们向大脑的接触处理区域发送一小片电力时，该人会感到触觉。换句话说，当我们用电力激活特定的神经元时，志愿者就会像触摸他们身体的特定部分一样经历它。
在一项研究中，我们想了解一个人会更快地感知到哪种触觉感觉 – 通过电极直接对大脑进行电刺激或由于患者手上的真实触摸而引起的自然触觉？
我们要求我们的对象使用与他们感觉到的感觉相反的手尽快按下按钮。他们被蒙住眼睛，以消除可能混淆我们结果的视觉反馈潜力。
对大脑中神经元的直接刺激的响应时间比自然接触的响应时间慢。 （Caldwell和Rao，CC BY-ND）
我们发现的是令人惊讶的。与手指的自然触摸相比，个人对直接刺激大脑的原发性体感皮质的反应更慢。即使直接来自大脑电极的电信号绕过了手和头部之间的所有外围神经，但首先注册的升上升感官神经的较长行程的信号也会保持下去。短暂的休息，表明不能仅仅将其解释为受试者需要时间学习的新颖感觉。
当研究人员将电刺激传递到体感皮质内的单个位置时，对非人类灵长类动物的先前研究发现了相对于自然接触的反应时间相似的延迟。另一方面，最新的研究使用多个电极刺激非人类灵长类动物的体感皮质，发现这种电刺激可能会比自然触摸稍快地引起响应时间。
这些研究共同证明了刺激大脑以取代自然触觉反馈的复杂性。未来的技术和工程策略将需要考虑到大脑中电刺激的目标，以考虑到触摸感的变异性。
感官滞后的工程
通过发现人们对直接对大脑的直接电刺激的反应延迟，我们揭示了当前工程解决方案的潜在局限性。延迟可能会限制使用这些临床电极可以使用的未来感觉神经假体设备。
设计师可能需要考虑相对于自然触摸的人造感觉的显着滞后。例如，如果用户没有足够快地从机器人手上收到触摸传感器的反馈，并且整个系统无法解决这种感知的延迟，那么有人试图用机器人手拿起鸡蛋的人可能会施加太大的压力为了改善反应时间，更广泛地改善直接大脑刺激的效用，我们需要考虑持续的大脑活动，并为每个人的大脑和手头的任务量身定制电气刺激模式。
为了实现这一目标，我们最近提出了一种称为大脑协调员的新型脑部计算机界面，该界面使用人工智能来计算当前大脑活动的任务最佳刺激模式。这种方法允许使用多个电极，可能针对多个区域，并依靠与大脑共同适应以更好地近似自然感觉。
在现实世界中，在复杂的任务中，电刺激可以有意义地代替自然触摸吗？我们相信。它将既需要理解大脑中信息处理的复杂性，又要将这些知识纳入未来的大脑辅助处理器和神经假体设备中，以恢复触摸。
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