2021年5月21日，美国匹兹堡复中心神经工程实验室（University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs）在《Science》的杂志中发表了论文《A brain-computer interface that evokes tactile sensations improves robotic arm control》，其中描述了一位瘫痪的患者可以由大脑来控制机械臂，并且机械臂可向这个人的大脑提供一个触觉反馈。在提供触觉反馈之后，操作者进行抓取物体等实验的时间减少了51.2%，从20.9秒的中位数减少到了10.2秒。论文提出，使用植入电极测量运动相关神经活动的脑机接口 (BCI) 可以恢复部分失去的手臂和手部功能 ，因为皮层仍然能够产生控制手臂和手部运动的神经活动。因此，脑机接口可以绕过受伤的脊髓来控制假肢 、功能性电刺激系统或其他设备（如图1所示）。

  在之前开发的BCI控制的机械臂中，完成伸手和抓取等动作仅仅依赖于视觉，缺乏关键的感官维度，再进一步是使用微小的电脉冲来刺激大脑的感觉区域。而在这项研究当中使用了双向BCI——一种通过皮层刺激唤起触觉的系统，而尝试运动期间的神经记录被解码以控制机器人假肢。该团队开发了一个“双向”接口——这意味着它不仅可以“读取”大脑的指令并将它们发送到假肢，还可以“写入”设备的感觉并将它们传输回来（图2）。

图1 有触觉反馈的机械臂

图2 双向BCI接口

2004 年，一场车祸中，Copeland （图3）手臂受损，于是他加入了一项用以测试触觉运动微电机的脑-机接口（brain-computer interface，BCI）的临床实验，并植入了美国 Blackrock Microsystems 公司的四块微电机阵列，通常也称作 Utah 阵列。“我是世界上第一个在感觉皮层中植入可以直接刺激我的大脑的人，”34 岁的内森科普兰说道。“然后我觉得好像有一种感觉来自我的手。”他自愿参加科学研究，并在六年前进行了一次大手术，将微型电极植入了他的大脑。两组 88 个电极，一根头发那么宽，排列成“阵列”，类似于小发刷，深入大脑的运动皮层，指导运动。研究的共同主要作者、匹兹堡大学物理医学与康复系助理教授 Rob Gaunt 说，世界上只有不到 30 人拥有这种植入物。

图3 Copeland本人和机械臂

  在Copeland的大脑中，有一组特殊的电极，他们连接到身体的感觉皮层，用于接收和处理感觉。Copenlan说，触觉反馈对于充当义肢的机械臂来说非常重要，没有触觉反馈你很难去抓取一个东西，因为你感觉不到它。对于正常人来说很简单的一件事情，比如用手去握住一个苹果，是非常依赖于手上的触觉反馈的。“当我们抓取物体的时候，我们很自然的去使用触觉来提高控制物品的能力，但这对残疾人来说是非常困难的”纲特解释说道。

  约翰·霍普金斯大学机械工程系约翰·c·马龙的助理教授杰里米·d·布朗表示，研究结果的意义远远超出了机器人手臂。“高科技义肢在模拟触觉时也能更好地工作，有些是通过振动或提供其他形式的触觉反馈来实现的，这与许多智能手机上帮助用户在屏幕上打字的方法相同。”

  布朗说，随着假肢或机械臂提供更多的感官反馈，它们将变得更有用。“触觉不仅仅是为了增加灵活性。这不仅仅是把手伸进口袋里拿钥匙的能力。它还可以牵着爱人的手，感受那种情感联系。”