从这一讲，修复。我来给你讲讲，大脑如何控制外部设备。
这个技术我们很熟悉，因为电影里太常见了。像《钢铁侠》中，托尼·斯塔克用意念就能控制战甲，动作非常自如。
那《钢铁侠》这样的技术和脑机接口能修复人类身体机能有什么关系呢？这是我在这一讲要回答的问题，也是金字塔第一层，修复。
所谓修复，最开始科学家就是想让机器替代人类身体的一些机能。你可能已经想到了智能义肢，没错，这就是一种替代，给截肢的人装上机器假腿，让他们重新行走。
但今天，我会从大脑控制外骨骼讲起，告诉你为什么应用脑机接口技术，修复身体这件事和电影想象的特别不一样。
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如果你对“外骨骼”这个词有点陌生，你可以想象，外骨骼就等于现实中的钢铁侠里的战甲，样子会简陋一点，功能也没有那么强大。
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2014年巴西世界杯开幕式，青年利亚诺·平托（Juliano Pinto）就是穿了这样庞大、笨重的机械战甲，踢出了当年世界杯的第一球。
2014年巴西世界杯开球
虽然，当时踢球动作只持续了2秒，甚至很多人没注意到。但利亚诺本人在开球后兴奋地大喊，“我感觉到球了”。
他为什么这么激动？我多讲一点背景信息，你就知道了。6年前因为车祸，造成利亚诺脊髓受伤，之后他都在轮椅上度过。在全身瘫痪前，他是一名运动员，而之后呢，他从胸到脚趾，都没了任何知觉。
开幕式上，利亚诺之所以能踢球，是用脑机接口操控了那副笨重的机械外骨骼才完成的。所以这一脚球对利亚诺的意义，几乎是无价的。
不过，对这件事的讨论却逐渐走向两极。有一些人认为是科学盛事，第一次在实验室外，实现脑机接口控制下肢运动。这一脚对脑机接口来说和阿波罗登月差不多，你看，这就给了一个非常高的肯定。但另一些人呢，他们认为这次开球并不成功，动作只有2秒，很难判断是不是利亚诺靠大脑操控完成的，技术事实难以验证。
那问题出在哪里呢？
我们要承认，大自然看上去稀松平常的那种创造的生命能力，其实都是极为精妙的复杂设计。即使人类最优秀的科学家和工程师，他们要复制自然界庞大的复杂系统，面临的问题还是太多了。就连世界杯上那套笨重的战甲，都是脑机泰斗，杜克大学神经学家米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）教授组织全球二十多个国家的实验室才能完成的。
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我带你简单了解其中的两个核心技术难点。
第一个就是“感觉”反馈。
“感觉”反馈，就是我们对环境的温度、硬度、压力等等各种情况的感受，你可以通过你的感觉细胞，给大脑送去对外界的反馈。比方说，手感觉太烫了，就会缩回来。听起来这事没什么复杂，但千万别忘了，瘫痪病人是没有任何感觉反馈能力的。
那你会想啊，没有“感觉”反馈能力，究竟会怎么样呢？
我举个例子，你用手去抓一根铁棍，会用很大的力气，如果拿起一颗鸡蛋呢？你会轻拿轻放。但是如果换成控制机械臂就不一样了，机械臂表面没有感觉细胞，它不能分辨这个东西到底是铁棍还是鸡蛋，如果用拿铁棍的力气去拿鸡蛋，鸡蛋很可能会碎掉。
所以没有“感觉”反馈，大脑发送错误指令的机会就非常大。
尼科莱利斯教授是怎么解决这个问题呢？他打造的这套机械战甲，做了一种“人造皮肤”来模拟“感觉”反馈。
这层所谓“皮肤”其实就是一堆传感器。尼科莱利斯教授把它附在“机械战甲”外部，用来探测接触地面的信号，比如触觉、温度、压力等等。通过人造皮肤的反馈，利亚诺可以判断地面信息，现在是踩在沥青地面上了，还是草地上了？根据不同的反馈，他就可以调整机械战甲行动的力度和速度。
这就是目前脑机接口最重要的研究方向之一：如何更好地重建“感觉”反馈。这方面，美国匹兹堡大学安德鲁·施瓦茨（Andrew Schwartz）教授的实验室就做得非常好。
除了“感觉”以外，第二个非常重要的事情就是“训练”。
你可能没想过，脑机接口是需要训练的。因为现在的脑机设备并不能做到像我们戴眼镜一样，戴上就能视力大增。想要顺畅使用脑机接口，需要使用者和机器不断磨合，持续训练才可以。
像利亚诺在开球之前，他经历了6个月的集中训练。从技术层面上看，“踢球”这个动作是很简单的，难点是“训练”过程有点反人类。为什么这么说呢？
利亚诺是用非侵入脑机操控战甲的，他得戴一个电极帽，让科学家们采集他的大脑信号。在训练中，他的任务就是做“运动想象”。我们一听“运动想象”，感觉很容易，是不是就是想象让我的腿“向前走”、“向后走”，然后机器呢就会按照我们的想法走了呢？完全不是。
大脑解开的脑电范式非常有限。我们压根不知道这种复杂的运动活动，脑电反应是什么样的。所以利亚诺这样的受试者去做“运动想象”，具体想些什么呢？
他想象的是“眨眼”，或者想象“动舌头”。这些信号是科学家可以采集到的，这就是“运动想象”。然后，科学家再把这个信号，翻译成让机器向前走的指令，这个过程是不是很拧巴？
而且，每个人的脑电范式都有非常大的差异，每一次一样的运动想象，大脑神经元的活动都是不一样的，这给脑控设备带来非常大的挑战。
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当然我刚才说的，只是抓了一些重点，比如说“感觉”和‘训练“。真正用脑机接口操控设备，这件事有多复杂，远远超过想象。
我可以举个一个几年前小案例，一位瘫痪很多年的志愿者在实验室里，经过训练已经可以控制机械臂，在三维空间里去抓取一个东西了。但完全一样的实验环境里，只要你在他身边放一个红色小球，其他什么都不变，他的完成度就会大大降低，甚至无法完成了。
所以，一个红色小球，如此轻微的干扰都会对脑机操控有这么大的影响。那你可以想象，利亚诺在嘈杂的足球场上，能不能做到实验室水平的操控，真的说不准。所以脑机操控完成复杂任务，真的还有很长的路要走。
我想你可能还有一个疑问，用机器来替代我们身体的功能，这就是身体修复吗？我认为从功能实现角度来看，当然是的。如果脑控外骨骼可以让瘫痪的人直立行走，这当然是对他们行动能力的恢复。包括如果我们让闭锁症患者，就是完全无法与外界沟通的人，能够使用脑机打字，那这也是对他们沟通能力的修复。
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上面我说的这种修复是，用机器替代身体机能。接下来要说的这种修复，是自身身体功能的恢复。
还是尼科莱利斯教授的脑机实验，有一位瘫痪的女士，经过23个月的训练后，竟然恢复了部分行动的能力。她可以在没有外骨骼，也没有脑机设备的帮助下，仅靠简单的辅助工具，比如拐杖，就能短暂行走了。
要知道她已经14年没有走路了，正是在脑机帮助下，持续让大脑和腿部神经元放电，病人原本断裂的神经回路，发生了重连。
目前，我们正在做的也是类似这种原理的脑机，用于对中风偏瘫患者进行主动康复训练的技术，结合了非侵入脑机和功能性电刺激。
我们会在病人做运动想象的时候，刺激他们相应的瘫痪部位。比如病人想象抬臂的同时，刺激瘫痪的上臂，时间久了之后，大脑运动皮层和瘫痪上臂的神经元连接就会重建。再之后，病人再想抬上臂的时候，上臂就会自然抬起来。
总结一下，在修复这一层，脑机接口正在尝试为瘫痪、中风的病人提供更多的治疗机会。持续训练带来的，甚至不只是机器替代身体，而是原本的身体得到了治疗和恢复。虽然距离技术成熟也需要更多时间，但科学家一直在努力，因为这是人类了解自身必须迈出的一步。
