新研究！通過(guò)神經(jīng)信號(hào)控制假肢有了更多可能

雷鋒網(wǎng)注：圖片來(lái)自 北卡羅萊納州立大學(xué)

通過(guò)神經(jīng)信號(hào)來(lái)幫助殘疾人士（本文特指下肢截肢人士）控制假肢的設(shè)想又多了一些可能性。

近日研究人員發(fā)現(xiàn)，在物理療法的幫助下，實(shí)驗(yàn)對(duì)象利用神經(jīng)控制方法完成的動(dòng)作數(shù)量超乎科學(xué)家們之前想象。                                          

在發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象之前，該研究團(tuán)隊(duì)一直在開(kāi)發(fā)下半身外骨骼，用于幫助殘疾人士行走。不過(guò)，他們所開(kāi)發(fā)的設(shè)備本質(zhì)上是可行走機(jī)器人，殘疾人士可將其綁在腿上，然后進(jìn)行移動(dòng)。

通常來(lái)說(shuō)，這些外骨骼（可行走機(jī)器人）可以自動(dòng)執(zhí)行諸如步行之類的預(yù)編程循環(huán)運(yùn)動(dòng)。如果在幫助殘疾人士進(jìn)行更復(fù)雜的活動(dòng)，研究人員希望殘疾人士能夠通過(guò)思想來(lái)控制這些設(shè)備，例如，依賴附著在腿部的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些傳感器可以檢測(cè)從大腦發(fā)送到肌肉的生物電信號(hào)，并發(fā)出移動(dòng)的指令。

當(dāng)然了，目前看來(lái)，上述操作還屬于一種理想狀態(tài)。

北卡羅萊納州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師、該研究的資深作者 Helen Huang 表示：

“完成走路這樣簡(jiǎn)單的動(dòng)作而言，機(jī)器進(jìn)行自主控制的效果會(huì)很好，但如果涉及到的動(dòng)作不僅僅是走路，比如打網(wǎng)球或即興舞蹈時(shí)，能夠有神經(jīng)控制的幫助就好了。”                                 

不過(guò)，目前由腦信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人假肢的控制還存在需要解決的問(wèn)題，其中就包括如何幫助殘疾人士的神經(jīng)系統(tǒng)去激活和控制他們?nèi)匀淮媪粼谥w中的肌肉。

“在（截肢）手術(shù)過(guò)程中，肌肉的原始結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化?！盚elen Huang 進(jìn)一步解釋說(shuō)，“我們發(fā)現(xiàn)，激活這些殘留的肌肉相對(duì)簡(jiǎn)單，但是它們收縮的方式與身體健全的人不同，因此殘疾人士需要接受訓(xùn)練，從而學(xué)會(huì)如何更好地控制這些肌肉。”

在這項(xiàng)新研究中，Helen Huang 和同事為一名截肢志愿者在理療師的指導(dǎo)下練習(xí)使用神經(jīng)控制來(lái)做動(dòng)力假肢踝關(guān)節(jié)的訓(xùn)練，這種訓(xùn)練對(duì)于假肢來(lái)說(shuō)是極具挑戰(zhàn)性的。因?yàn)榧僦枰獜目刂契钻P(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的肌肉接收生物電信號(hào)。                                                                    

這位 57 歲的志愿者失去了左小腿中部以下的肢體，包括腳踝。他在兩個(gè)半星期的時(shí)間內(nèi)與物理治療師進(jìn)行了五次練習(xí)，每次練習(xí)持續(xù)約兩個(gè)小時(shí)。而物理治療師會(huì)幫助志愿者提供有關(guān)關(guān)節(jié)活動(dòng)的反饋，并且在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)練習(xí)之后，幫助志愿者進(jìn)行全身運(yùn)動(dòng)和全身協(xié)調(diào)。

在通過(guò)培訓(xùn)后，志愿者就可以做出他以前認(rèn)為困難的各種動(dòng)作，其中包括在不借助外力的情況下從端坐到站立的動(dòng)作或是蹲著撿地面的某樣?xùn)|西。

此外，畢竟腿部佩戴假肢機(jī)器人的截肢者站立時(shí)通常穩(wěn)定性較差，因?yàn)闄C(jī)器很難預(yù)測(cè)外界干擾，也很難預(yù)測(cè)截肢者會(huì)用何種方式來(lái)彌補(bǔ)這種干擾。

北卡羅萊納州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師，該研究的第一作者 Aaron Fleming 說(shuō)：“站立時(shí)所呈現(xiàn)的穩(wěn)定性以及對(duì)動(dòng)作的微妙控制都令人驚訝。”                                                              

眼下，研究人員的目標(biāo)是對(duì)更多的機(jī)器人假肢的患者進(jìn)行檢查，并幫助他們進(jìn)行更多的任務(wù)（例如避開(kāi)障礙物）測(cè)試。他們還想調(diào)查當(dāng)這些志愿者身處這樣的訓(xùn)練中。神經(jīng)系統(tǒng)可能在做什么，比如是否正在恢復(fù)原始的神經(jīng)通路。

雷鋒網(wǎng)注：

本文編譯自 https://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/devices/brain-computer-interface-exoskeleton-neural-link

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