腦機介面 不是讓你變成機器人
腦機介面 不是讓你變成機器人
記者 林禹丞 報導 2021/04/11
腦機介面（Brain‐computer interface，BCI），是指將人類或動物的腦連結外部裝置，以進行訊息的傳遞。此處的「腦」，同時包含大腦與神經系統；而「機」，意指各種晶片、電路或是運算裝置。本文根據腦機介面領域的權威專家尼爾斯比伯默（Niels Birbaumer）以及他的學生烏賈瓦爾喬杜里（Ujwal Chaudhary），在著名生理學期刊《The Journal of Physiology》中發表的文章報導，探討腦機介面如何幫助嚴重的癱瘓患者與外界溝通，和目前應用的現況與成效。另外，本篇報導也將介紹腦機介面的由來，以及它是如何幫助身心障礙患者與周圍環境互動。
何謂腦機介面
人類對腦機介面的研究已經長達數十年。目前絕大多數的腦機介面，並不是像科幻電影裡會出現的，將人類意識植入其他載體的裝置。事實上，當初開始研究這項技術是希望能夠透過收集神經訊號，再搭配特殊裝置，協助神經系統受損的患者回復感官以及某些運動能力。而近年來隨著這些技術日益進步，已經成功讓越來越多身體器官受損的患者獲得幫助。
人工耳蝸是最常見的腦機介面之一。（圖片來源／截圖自YouTube）
腦機介面主要可以分為侵入式與非侵入式。侵入式的腦機介面，可以應用在重建感官的感覺以及恢復運動功能等等。舉例來說，將電極陣列植入視覺皮層中，搭配錄影的設備，能讓盲人獲得一定的視力。然而因為侵入到大腦組織，發生感染或免疫反應的風險也較高；反觀非侵入式的腦機介面，則風險較低，例如：腦電圖（Electroencephalography，EEG）的應用，腦電圖是一種將電極放置於頭皮以接收腦部訊息的裝置，常常應用在各種非侵入式腦機介面中。而非侵入式腦機介面的缺點則是因為放置於大腦外，而導致準確接收訊息的難度提高。
鎖定狀態與完全鎖定狀態
目前對於病情較嚴重的癱瘓患者來說，腦機介面主要被用來幫助他們與外界溝通。而病情嚴重程度的不同，將大大影響使用腦機介面的成效，身體完全癱瘓患者的狀態有兩種，學術上通常將其分為鎖定狀態（locked‐in state，LIS）與完全鎖定狀態（completely locked‐in state，CLIS），前者指的是身體完全癱瘓但可以自主操控眼球的運動；後者則指所有自主運動功能皆喪失。必須提及的是，此種以眼球是否能自主運動的分類方式雖為主流，但並非所有學者皆同意。另外，以漸凍症為例，鎖定狀態與非鎖定狀態常常是一個漸進的過程，所以不是所有情況都能輕易分辨患者屬於哪一種狀態。
文獻的作者尼爾斯比伯默，正在與一名處於鎖定狀態的癱瘓病人溝通。（圖片來源／截圖自YouTube）
雖然對於鎖定狀態與完全鎖定狀態的細節，還有待更明確的共識與定義。然而，在實務上，這樣的區分方式可謂非常重要。因為兩種狀態下的患者，運用腦機介面與外界溝通的成效有著顯著的差異。絕大部分腦機介面的研究與成功案例，其患者都是在鎖定狀態下。易言之，處於完全鎖定狀態的患者，幾乎都無法有效的使用腦機介面，而這個情況持續到2014年才出現轉機。在加勒戈斯阿亞拉（Gallegos‐Ayala）於2014年發表的研究中，成功讓一位處於完全鎖定狀態的漸凍症患者，正確回答了百分之70的是非問題。遺憾的是，目前還是沒有辦法讓完全鎖定狀態的患者準確拼出單字，所以患者仍然無法傳達完整的字詞或句子。
為什麼目前腦機介面無法有效幫助完全鎖定狀態的患者呢？因為通常這類患者的病情惡化的較嚴重，或是年紀較長，不適合使用侵入式腦機介面。而風險較低的非侵入式腦機介面，接收訊息的品質較差、雜訊較多，必須依賴視覺功能作為獲取神經訊息的管道，但在完全鎖定狀態下，癱瘓患者又無法自主運動眼球，導致非侵入式腦機介面無法獲取足夠的資訊。因此，雖然還必須克服許多問題，但由於侵入式腦機介面接收的訊息品質較高，仍較被看好能在未來幫助完全鎖定狀態的患者。
結論與未來展望
在過去20年裡，投入腦機介面相關研究的資金與公司（例如：Neuralink）數量有爆炸性的成長。然而，想要取得實行上的成功，可能還需要一些時間。目前大部分的相關研究都僅提供一些實驗成果以及想法，所以想要將可以幫助癱瘓患者的腦機介面普及，還需要更多的努力，尤其是對處於完全鎖定狀態下的癱瘓患者更是艱難，現在最多也只能讓他們回答是非問題。儘管如此，一些能讓鎖定狀態患者與外界溝通的侵入式腦機介面，也許能被應用在完全鎖定狀態下，至少在初期，是很有機會成功的，只是目前尚未多加嘗試而已。因此，相關研究人員有必要在這方面做進一步的研究。
近年來，越來越多公司投入對腦機介面的研究，Neuralink就是其中一家。（圖片來源／flickr "ApolitikNow"）
目前侵入式的腦機介面，面臨了一些問題。首先，因為風險較高，必須證明長時間下來對人體是無害的才能被應用。再者，侵入式的腦機介面，只能在專家的陪同下使用，不能讓患者帶離醫院。因此，如何能讓患者在家中使用侵入式腦機介面，也是個重要的課題。雖然侵入式腦機介面因為接收的訊息品質較高，能應用的層面較廣，但是在上述提及的問題被解決之前，非侵入式腦機介面還是一個較好的選擇。理由很簡單：它在使用上比較安全、便宜，又能夠帶回家中。綜合以上觀點，且根據文獻作者的見解，目前有兩種技術的開發最需要被重視：第一，能讓處於完全鎖定狀態的癱瘓患者，自主與外界溝通的侵入式腦機介面；第二，能在家中使用的非侵入式腦機介面。希望各方資金以及相關單位能投入這兩個技術的研究，也期待未來腦機介面能降低成本，達到普及化，以造福世界各地的身心障礙患者。
關鍵字：腦機介面、人機介面、癱瘓、漸凍症、神經生理學
縮圖來源：pixabay
