巴西世界杯開(kāi)幕式上，患有截癱的巴西青年諾平托在腦控機(jī)械外骨骼技術(shù)的幫助下，為世界杯開(kāi)球。類(lèi)似“神奇”一幕在我國(guó)天津再次上演。

     14日，在天津大學(xué)和天津市人民醫(yī)院共同舉辦的“純意念控制”人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)布會(huì)上，因中風(fēng)導(dǎo)致偏癱的董阿姨通過(guò)“想”，就能“指揮”無(wú)法動(dòng)作的肢體“聽(tīng)話(huà)”地完成相應(yīng)動(dòng)作。這是全球首臺(tái)“純意念控制”人工神經(jīng)機(jī)器人。

擁有23項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利

      天津大學(xué)神經(jīng)工程研究團(tuán)隊(duì)和天津市人民醫(yī)院聯(lián)合研制的這項(xiàng)最新研究成果將會(huì)讓更多的中風(fēng)、癱瘓人士重新獨(dú)立生活。

      這一歷時(shí)10年的技術(shù)，是國(guó)家“863計(jì)劃”“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃和國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目，在復(fù)合想象動(dòng)作信息解析與處 理、異步腦—機(jī)接口訓(xùn)練與識(shí)別、皮層—肌肉活動(dòng)同步耦合優(yōu)化、中風(fēng)后抑郁腦電非線性特征提取與篩查等關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破，目前已擁有包括23項(xiàng)授權(quán) 國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利、1項(xiàng)軟件著作權(quán)在內(nèi)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)集群，是適用于全肢體中風(fēng)康復(fù)的“純意念控制”人工神經(jīng)機(jī)器人系統(tǒng)。

       中風(fēng)偏癱或者截癱的患者是因?yàn)橹袠猩窠?jīng)（比如腦部）或者周邊神經(jīng)（比如四肢）受損，神經(jīng)通路受阻，大腦無(wú)法發(fā)出正確指令，或者指令無(wú)法傳輸?shù)街苓吷窠?jīng)，進(jìn)而無(wú)法“指揮”肢體肌肉收縮，無(wú)法正常行動(dòng)。

      “我們的工作就是要正確、快速解碼腦部信號(hào)，‘重塑’中樞神經(jīng)，再仿生構(gòu)筑了一條完整的‘人工神經(jīng)通路’，把人體受損的中樞神經(jīng)和周邊神經(jīng)連通起來(lái)。”項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)精儀學(xué)院教授明東說(shuō)。他說(shuō)，我們給機(jī)器人系統(tǒng)起名為“神工一號(hào)”，取義“鬼斧神工”。

不再需要把芯片植入大腦

     該系統(tǒng)包括無(wú)創(chuàng)腦電傳感模塊、想象動(dòng)作特征檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別模塊、指令編碼接口模塊、刺激信息調(diào)理模塊、刺激電流輸出模塊6部分。與在 世界杯上亮相的腦控機(jī)械外骨骼相比，“神工一號(hào)”更能夠體現(xiàn)出“純意念”。體驗(yàn)者把裝有電極的腦電探測(cè)器戴在頭部，并在患病肢體的肌肉上安裝電極，借助 “神工一號(hào)”的連接，就可以用“意念”來(lái)“控制”自己本來(lái)無(wú)法行動(dòng)的肢體。

      明東說(shuō)，“意念控制”，其實(shí)可以看成外部設(shè)備讀懂大腦神經(jīng)信號(hào)并且執(zhí)行的過(guò)程。它需要首先提取體驗(yàn)者的腦電數(shù)據(jù)，構(gòu)建出帶有個(gè)體特征的意念控 制指令的“密碼本”。隨后通過(guò)腦電的異步“腦—機(jī)接口”技術(shù)模擬中樞神經(jīng)通路、解碼體驗(yàn)者的運(yùn)動(dòng)意念信息，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)多級(jí)神經(jīng)肌肉電刺激技術(shù)模擬周邊神經(jīng)通 路、從而刺激癱瘓肢體產(chǎn)生對(duì)應(yīng)動(dòng)作。

      明東介紹，腦—機(jī)接口的作用是可以無(wú)創(chuàng)讀取腦電信息，不再需要把芯片植入到大腦或者脊髓中，就可以較為準(zhǔn)確地讀取人的“意念”。體驗(yàn)者的“想 象”并非只是單純的控制命令，而是一種腦區(qū)激活方式，想象即為待實(shí)施的實(shí)際肢體動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)大腦皮層與肌肉活動(dòng)的同步耦合，做到身隨意動(dòng)、思行合一。

患者的康復(fù)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)

       據(jù)明東介紹，腦控機(jī)械外骨骼是利用被動(dòng)機(jī)械牽引，非肌肉主動(dòng)收縮激活。而“神工一號(hào)”則利用神經(jīng)肌肉電刺激，模擬神經(jīng)沖動(dòng)的電刺激引起肌肉產(chǎn) 生主動(dòng)收縮，帶動(dòng)骨骼和關(guān)節(jié)產(chǎn)生自主動(dòng)作，與人體自主運(yùn)動(dòng)原理一致。這一點(diǎn)對(duì)于病人來(lái)說(shuō)意義重大，他們借助“神工一號(hào)”不僅能夠完成相應(yīng)動(dòng)作，還能加快康 復(fù)進(jìn)程。天津市人民醫(yī)院康復(fù)科主任、天津市康復(fù)醫(yī)學(xué)研究所所長(zhǎng)杜金剛表示，這在康復(fù)醫(yī)學(xué)上是重大突破。 “神工一號(hào)”不僅像腦控機(jī)械外骨骼可以起到“替代”作用，更有“修復(fù)”作用，與傳統(tǒng)的康復(fù)手段相比，“神工一號(hào)”使患者的康復(fù)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。杜金剛說(shuō)， 僅體驗(yàn)過(guò)三次“神工一號(hào)”的董阿姨，腳、腿和大拇指已經(jīng)可以自主動(dòng)作了。

載人航天計(jì)劃中大有用武之地

     不僅僅限于運(yùn)動(dòng)康復(fù)，“神工一號(hào)”還可在線進(jìn)行中風(fēng)后抑郁等關(guān)聯(lián)疾病的病理檢測(cè)與篩查。“神工一號(hào)”通過(guò)實(shí)時(shí)采集、處理和分析患者的靜息態(tài)腦電，對(duì)中風(fēng)后抑郁的識(shí)別精度接近90%。

      “將來(lái)的‘神工二號(hào)’、‘神工三號(hào)’體積會(huì)更小，便攜可穿戴。它可以輔助病人完成更多復(fù)合精細(xì)的肢體動(dòng)作，推廣至包括脊髓損傷在內(nèi)的更多患 者，甚至實(shí)現(xiàn)重癥癱瘓的意念交流。它對(duì)大腦狀態(tài)的探測(cè)與分析、肌骨運(yùn)動(dòng)健康的維持和訓(xùn)練等一系列技術(shù)新思路將應(yīng)用于一些特殊人群，比如長(zhǎng)期在軌的航天員， 在我國(guó)載人航天計(jì)劃中大有用武之地。”明東表示。

用意念控制機(jī)器人

      只要心里想一下，就能讓機(jī)器人行動(dòng)—看到這里，人們可能會(huì)聯(lián)想到科幻電影。現(xiàn)在，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）與法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院（CNRS）已經(jīng)試制出了這種夢(mèng)幻般的“機(jī)器人”。

      人佩戴安裝了電極的頭盔，雙目緊盯屏幕上顯示的藍(lán)色瓶子。馬上，1米開(kāi)外的人形機(jī)器人便小心地調(diào)整步伐，向藍(lán)色瓶子一點(diǎn)點(diǎn)靠近。在伸手抓住瓶子后，拿到手里，然后走開(kāi)。

     顯示器上排列著紅、藍(lán)、黃3個(gè)顏色的瓶子，以一定間隔閃爍。每種顏色的瓶子閃爍的節(jié)奏各不相同，因此在腦波上也會(huì)表現(xiàn)出差異。 如果人盯住特定瓶子，頭盔就會(huì)從檢測(cè)到的腦波中，讀取意識(shí)集中的瓶子的影像。在接收到這些信息后，機(jī)器人便會(huì)去拿瓶子。 今后，除了拿瓶子之外，兩家研究機(jī)構(gòu)還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，使機(jī)器人能夠完成更復(fù)雜的動(dòng)作。CNRS-AIST機(jī)器人合作研究機(jī)構(gòu)主任吉田英一博士說(shuō)：“機(jī)器 人可以幫助老年人、殘疾人完成更換高處的燈泡等動(dòng)作。”