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让瘫痪的人重新站起来,运动想象带动身体康复
2024/05/06

在脑机接口的众多应用研究中,帮助瘫痪、渐冻症等运动障碍患者恢复部分肌肉功能,是很多科研人员和医生团队的努力方向。


对于脊髓或肌肉损伤的运动障碍患者来说,脑机接口技术通过解码大脑活动并转化为机器指令,可以绕过受损的神经通路,直接通过大脑控制外部辅助设备,实现运动功能的重建或“延伸”受伤的四肢,为他们带去恢复功能的希望。


近年来,随着研究的投入,国内外多个团队在这方面取得显著成果。


例如,一些团队成功地将脑电信号转化为控制假肢运动的指令,使瘫痪患者能够重新获得抓握、握持等基本手部功能,有的甚至在人类历史上留下了浓墨重彩的一笔:


2014年巴西世界杯开幕式,高位截瘫青年朱利亚诺·平托在脑机接口与人工外骨骼技术的帮助下开出充满想象力的一球;


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2016年,在美国国防部高级研究计划局(DARPA)项目的资助下,白人小伙内森·库伯兰德用意念控制机械手臂和时任美国总统奥巴马握手,如今38岁的他已经佩戴脑机接口生活了9年;


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2018年,一位右手安装假肢的女孩,通过意念控制假肢与钢琴大师郎朗表演钢琴合奏的节目,标志着脑机接口技术向实际应用又迈出一大步;


2020年,浙江大学医学院附属第二医院也通过 "脑机接口技术",让一位因车祸而造成第四颈髓层面损伤并四肢瘫痪的病人,获得了用 "意念" 来控制机械臂,从而进行握手、拿饮料、吃油条等操作;

 

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2022年,北京冬残奥会的火炬传递中,冬残奥会火炬手佩戴融合脑机接口技术的智能仿生手,迎风奔跑大步向前,跑出50米后,顺利将圣火交接给下一个火炬手,火炬手表示这是他“28年来第一次有了触碰,有了抓握东西的感觉”;


2023年10月,首都医科大学宣武医院和清华大学医学院团队共同完成了无线微创脑机接口临床试验,试验中科研人员将2枚硬币大小的脑机接口处理器植入因车祸瘫痪 的老杨颅骨中,再通过采集颅内神经信号,使他利用脑电活动驱动气动手套实现了自主“脑控”喝水;


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2023年12月,这套系统的第二例脊髓损伤患者植入手术在首都医科大学附属北京天坛医院成功进行,经过一段时间的康复训练,患者不但能够抓握水杯,还可控制电脑屏幕上的光标移动。


此外,脑机接口技术还可以应用于辅助行走设备,帮助患者“恢复”行走能力:


2009年7月,日本丰田汽车公司最早宣布成功研发出这种脑电波控制轮椅的新技术,该产品可通过轮椅上的信号处理系统来分析使用者的脑电波,从而控制电动轮椅的前进、后退和转动等;


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2015年2月,日本金泽工业大学的研究人员新开发的技术则更进一步——通过脑电波给自动轮椅设定一个导航目的地后,轮椅就能自动避开障碍物移动到使用者头脑中“想”要去的地方;


2015年,西安电子科技大学“睿眼随行”团队,研发设计由眼球和脑电波双重控制的“智能轮椅”,操作者只需要稍微专注地平视前方,轮椅就会向前移动,眼睛向左、向下看,轮椅就会向左、向后移动。除了平常的移动操作之外,轮椅还设有紧急开关。在轮椅移动的时候,只需要眨一下眼睛,这套系统就会立即停止。更方便的是,这套“睿眼随行”控制系统可以安装在各种传统轮椅上,使用者可根据自身需求购买轮椅,再对其进行改造,使其能真正做到“睿眼随行”,具有很高的普适性;


2019年,佐治亚理工学院团队,借用深度学习开发出新型脑机接口,它不止能支配轮椅,还能帮助小机器人灵活走位;


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2021年,上海大学脑机工程研究中心研制成功的一款新型“脑控轮椅”,把运动想象技术和AR技术融合,患者通过想象左手或者右手运动,刺激自己的脑部神经发出相应的脑电信号,经过对脑电信号的成功检测解码,识别出操作者左右转向的真实意图,不仅能让双手都无力的患者也可以控制轮椅,也可以帮助脑梗、脑出血等脑卒中患者在实际家庭任务中,通过运动想象进行操控,从而得到有效的大脑主动康复训练,给脑控轮椅带来了新的应用场景;


2023年中国举办的第七届世界智能大会上,脑控轮椅、脑控小车更是层出不穷,华东理工大学脑机接口及控制实验室还展示了人工智能多模态脑机接口平台,可以辅助脑卒中后有运动障碍的患者进行康复训练,促进神经重塑,进而实现运动功能康复,通过该平台不需要人工协助,患者戴上脑电帽想象自己用手抓物,机械手臂便能带动右手进行康复训练。


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这些技术的应用有的提高了患者的生活质量,有的让他们重新获得了对生活的信心和希望。


然而,要让脑机接口技术在真实场景中更好地发挥作用,我们还需要关注一些老生常谈的问题,比如技术创新提高,不能拘泥于脑控轮椅和仿生关节;成本的控制,定制化和安全性等。


为更好的解决问题,需要医学、工程学、计算机科学等多个领域的专家共同合作;从众多科技突破的例子中不难看出,高校研究团队在推动技术进步中发挥着重要作用,在考虑脑机接口帮助患者切身改善恢复身体功能的问题时,需要注重产学研合作,产业界的参与也可以为技术的研发提供资金和资源支持,也有助于从市场需要和患者应用场景、实际需求出发进行研发,并将科研成果迅速转化为商业产品,加快技术的推广和应用。