巴西世界杯開幕式上，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，為世界杯開球。類似“神奇”一幕在我國天津再次上演。

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)布會上，因中風(fēng)導(dǎo)致偏癱的董阿姨通過“想”，就能“指揮”無法動作的肢體“聽話”地完成相應(yīng)動作。這是全球首臺“純意念控制”人工神經(jīng)機(jī)器人。

擁有23項國家發(fā)明專利

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

這一歷時10年的技術(shù)，是國家“863計劃”“十二五”國家科技支撐計劃和國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金重點支持項目，在復(fù)合想象動作信息解析與處 理、異步腦—機(jī)接口訓(xùn)練與識別、皮層—肌肉活動同步耦合優(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項授權(quán) 國家發(fā)明專利、1項軟件著作權(quán)在內(nèi)的自主知識產(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為中樞神經(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，大腦無法發(fā)出正確指令，或者指令無法傳輸?shù)街苓吷窠?jīng)，進(jìn)而無法“指揮”肢體肌肉收縮，無法正常行動。

“我們的工作就是要正確、快速解碼腦部信號，‘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。”項目主要負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)精儀學(xué)院教授明東說。他說，我們給機(jī)器人系統(tǒng)起名為“神工一號”，取義“鬼斧神工”。

不再需要把芯片植入大腦

該系統(tǒng)包括無創(chuàng)腦電傳感模塊、想象動作特征檢測模塊、運動意圖識別模塊、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”更能夠體現(xiàn)出“純意念”。體驗者把裝有電極的腦電探測器戴在頭部，并在患病肢體的肌肉上安裝電極，借助 “神工一號”的連接，就可以用“意念”來“控制”自己本來無法行動的肢體。

明東說，“意念控制”，其實可以看成外部設(shè)備讀懂大腦神經(jīng)信號并且執(zhí)行的過程。它需要首先提取體驗者的腦電數(shù)據(jù)，構(gòu)建出帶有個體特征的意念控 制指令的“密碼本”。隨后通過腦電的異步“腦—機(jī)接口”技術(shù)模擬中樞神經(jīng)通路、解碼體驗者的運動意念信息，進(jìn)而驅(qū)動多級神經(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)生對應(yīng)動作。

明東介紹，腦—機(jī)接口的作用是可以無創(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，想象即為待實施的實際肢體動作，真正實現(xiàn)大腦皮層與肌肉活動的同步耦合，做到身隨意動、思行合一。

患者的康復(fù)由被動變?yōu)橹鲃?/p>

據(jù)明東介紹，腦控機(jī)械外骨骼是利用被動機(jī)械牽引，非肌肉主動收縮激活。而“神工一號”則利用神經(jīng)肌肉電刺激，模擬神經(jīng)沖動的電刺激引起肌肉產(chǎn) 生主動收縮，帶動骨骼和關(guān)節(jié)產(chǎn)生自主動作，與人體自主運動原理一致。這一點對于病人來說意義重大，他們借助“神工一號”不僅能夠完成相應(yīng)動作，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)研究所所長杜金剛表示，這在康復(fù)醫(yī)學(xué)上是重大突破。 “神工一號”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”使患者的康復(fù)由被動變?yōu)橹鲃?。杜金剛說， 僅體驗過三次“神工一號”的董阿姨，腳、腿和大拇指已經(jīng)可以自主動作了。

載人航天計劃中大有用武之地

不僅僅限于運動康復(fù)，“神工一號”還可在線進(jìn)行中風(fēng)后抑郁等關(guān)聯(lián)疾病的病理檢測與篩查。“神工一號”通過實時采集、處理和分析患者的靜息態(tài)腦電，對中風(fēng)后抑郁的識別精度接近90%。

“將來的‘神工二號’、‘神工三號’體積會更小，便攜可穿戴。它可以輔助病人完成更多復(fù)合精細(xì)的肢體動作，推廣至包括脊髓損傷在內(nèi)的更多患 者，甚至實現(xiàn)重癥癱瘓的意念交流。它對大腦狀態(tài)的探測與分析、肌骨運動健康的維持和訓(xùn)練等一系列技術(shù)新思路將應(yīng)用于一些特殊人群，比如長期在軌的航天員， 在我國載人航天計劃中大有用武之地。”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—看到這里，人們可能會聯(lián)想到科幻電影?，F(xiàn)在，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）與法國國家科學(xué)研究院（CNRS）已經(jīng)試制出了這種夢幻般的“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)色瓶子一點點靠近。在伸手抓住瓶子后，拿到手里，然后走開。

顯示器上排列著紅、藍(lán)、黃3個顏色的瓶子，以一定間隔閃爍。每種顏色的瓶子閃爍的節(jié)奏各不相同，因此在腦波上也會表現(xiàn)出差異。 如果人盯住特定瓶子，頭盔就會從檢測到的腦波中，讀取意識集中的瓶子的影像。在接收到這些信息后，機(jī)器人便會去拿瓶子。 今后，除了拿瓶子之外，兩家研究機(jī)構(gòu)還會繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，使機(jī)器人能夠完成更復(fù)雜的動作。CNRS-AIST機(jī)器人合作研究機(jī)構(gòu)主任吉田英一博士說：“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作。”