蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的教授Roger Gassert研發(fā)了一系列能夠訓(xùn)練手臂功能的機器人技術(shù)設(shè)備，它們可以成為中風(fēng)患者康復(fù)治療的一部分。然而，不論是理療還是機器人輔助的治療，療程都是由每天一到兩節(jié)訓(xùn)練課程組成的，這對病患而言是很心累的，因為他們要在往返理療中心的路上耗費大量時間。

 

　　外骨骼搖身一變，成為訓(xùn)練型機器人

 

　　“我的觀點是，不要讓病患們專程來到診所中進(jìn)行康復(fù)性訓(xùn)練，相反，我們要讓這樣的鍛煉融入到他們居家生活的點點滴滴，方方面面。”Gassert表示，這是他與日本九州大學(xué)的Jumpei Arata教授交流后得到的想法（Arata曾于2010年學(xué)術(shù)假期期間，在Gassert的實驗室工作過）。

 

　　“第一，現(xiàn)有的外骨骼都太重了，這讓病患們很難舉起他們的手；第二，他們也很難感知物體的存在；第三，想要抓取物體的時候，他們不知道到底該出幾分力氣。所以，我們想要發(fā)明一個模型，讓他們的手掌更自由，這樣他們就可以完成日常的各種任務(wù)，實現(xiàn)運動功能和體覺功能。” Gassert說。針對這個問題，Arate發(fā)明了一個手指三重鋼板彈簧。發(fā)動機在中間的彈簧移動，它能把力量通過另外兩個彈簧傳輸?shù)绞种傅母鱾€部位。如此一來，手指可以自動適應(yīng)物體的形狀，方便患者抓取物體。

 

　　但是，這個集成動力設(shè)置會將外骨骼的重量增加到250克，這在臨床試驗中對病患而言已經(jīng)非常重了。解決這個問題的方法是，把發(fā)動機改裝到病患的后背上，這樣力量就可以通過自行車閘線被轉(zhuǎn)換到外骨骼上。手部裝置模型的重量不到120克，但它堅固到可以提起一瓶一升的礦泉水。

 

　　中風(fēng)患者的重大利好！用大腦意念就能控制外骨骼

 

　　大腦中到底有些什么奧秘？在中風(fēng)之后，大腦是如何將指令傳遞到手足的？Gassert解釋道：“病情嚴(yán)重者的大腦和手部的連接已經(jīng)被嚴(yán)重破壞，所以我們需要幫助他們將指令自然而然地傳遞到機器人裝置。”也就是說，他們要察覺到病患大腦中移動手部的意圖，并將這個信息傳遞到外骨骼，這個過程對治療很有利。Gassert說，很多研究顯示經(jīng)常性的鍛煉有可能加強手腦間現(xiàn)有的神經(jīng)連接，而其中一個要點是，當(dāng)大腦發(fā)出移動指令時，它能接受手部傳來的體覺反饋。

 

 

　　為了更好地了解大腦處理機制，Gassert與臨床醫(yī)生、神經(jīng)學(xué)科學(xué)家和理療師們一起展開了一項重要研究。在這項研究中，研究者們運用了各種可視影像技術(shù)，比如功能性磁共振成像（fMRI），它能夠幫助科學(xué)家們繪制大腦活動圖。這項技術(shù)讓他們有了一些新的領(lǐng)悟，fMRI又貴又復(fù)雜，根本不適合用于理療。“另外，它們也不便攜”，Gassert補充道。所以，他開始想要運用一些更簡單的技術(shù)，比如腦電圖學(xué)以及功能近紅外光譜系統(tǒng)（fNIRS），它們在同類技術(shù)中是最便宜的。目前，Gassert正在研究fNIRS的實際應(yīng)用，這就更具挑戰(zhàn)性了。

 

　　另一些基本見解

 

　　此處還有一個問題：我們還沒有完全明白大腦是如何控制四肢，讓它們與周遭環(huán)境進(jìn)行互動的。“機器人技術(shù)對基本性研究做出了重大貢獻(xiàn)。”Gassert解釋道。比如，機器人技術(shù)專家已經(jīng)發(fā)明了一個外骨骼，它能在人們行走的過程中，在200毫秒內(nèi)限制膝關(guān)節(jié)的活動，并將自由度提高五度。有了感應(yīng)器的幫助，科學(xué)家們可以測量這個過程中涉及到的各種力，并用相關(guān)數(shù)據(jù)推測大腦是如何調(diào)整膝關(guān)節(jié)的僵硬程度的。這項發(fā)明可以應(yīng)用到對新型活動性假體的控制中。

 

　　如果科學(xué)家們成功建立了大腦和外骨骼之間的互動聯(lián)系，就可以研發(fā)出適用于治療的裝備了。但如果創(chuàng)傷是永久性的，那么機器人裝備可以作為創(chuàng)口治療的備選方案，為病患提供長期支持。然而，如果中風(fēng)患者們期待能實現(xiàn)相當(dāng)可觀的康復(fù)，那機器人輔助治療絕對是不二之選。