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智能

用意念控制假肢的系统,现在升级了一步

唐云路2014-12-19 22:10:42

正常人永远无法真正明白,每一度增加的灵活性,带来的是怎样的体验。

2012 年,一组电极被植入到四肢瘫痪的Jan Scheuermann 的大脑左半球运动皮层,在那之后的一周以内,Jan 通过这组电极,用意念操控了义肢,在瘫痪 9 年之后,第一次成功地拿起杯子。

在那一次的实验中,Jan 的机械手只能实现三个维度的活动,加上转动手腕的四个维度,其实能够实现的活动相当有限,研发团队称其为 7D (7 dimensions)。当然,这已经能够让她端起咖啡杯喝到一口咖啡,或者自己拿起一块巧克力咬上一口,以及,令她成为一位备受关注的名人。

这只机械手的背后是 1 亿美元的研发投入,美国国防部高级研究计划局资助了其中的一部分。Jan 的一口巧克力,对于大脑-计算机交互系统(Brain-Computer Interface,BCI)来说,却是很大的一个进步。

如今,匹兹堡大学的研发团队在原本的 7D 运动基础上,为 Jan 的义肢增加了额外三个维度的运动。原本,Jan 的手指只能维持一个钳子的形状,进行物体的抓取。如今,她终于可以竖起“大拇指”了,抓取从小到大各种尺寸和形状的物体也变得更为容易。

这个大脑-计算机互动界面能够接收大脑发出的控制信号,传输到人造的外骨骼或者肌肉上,从而达到用意念控制义肢的目的。

接下来,研究者如果想将实验继续推进下去,需要的是更多解剖学方面的信息。这样,他们才能够把电极更准确地植入大脑控制不同运动的区域,从而令原本瘫痪的患者能顾实现更多维度的运动。不久之前,一组用研究蠕虫神经系统的科学家已经成功模拟蠕虫的大脑,控制了机器人的活动。在小鼠上的实验看起来则更加有希望,科学家们通过神经电流刺激,令小瘫痪的小鼠能够用自己的肢体再次行走,而无需借助外设机械义肢的帮助。

回到 Jan 的机械义肢上来,研究者们面临的另一个问题是植入电极的安全性和合法性。

这个植入电极结构颇为复杂,其中有一小部分需要被置入颅骨。生产这一电极的公司 Blackrock 最近邀请到了布朗大学的工程师 Ming Yin 加入研发。Ming Yin 设计了一种能够通过无线连接的神经电极,在五米距离之内,每秒能够传输 20000 个样本信号,这项最新的研究成果发表在《神经元》杂志上。同时,还有一些公司正在研究能够降解在人体内,减少移除痛苦的植入电极。

在 2012 年成为实验志愿者之前,瘫痪多年的 Jan 的愿望只是能亲手拿起巧克力咬一口而已。需要注意的是,在 Jan 能够用意念操控义肢的同时,仍然有无数拥有同样苦恼的患者还没实现简单愿望的机会。

只愿这项技术成熟的那一天再早一些到来。

题图来自 UPMC

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