大腦控制假肢技術(shù)并不虛幻

美國(guó)四所大學(xué)的工程研究員正在開(kāi)展一個(gè)為期四年的項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)新一代的假肢，它不但能夠通過(guò)截肢者的大腦直接控制，而且還可以使截肢者獲得感知信息。雖然這聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)里的內(nèi)容，但是研究人員稱大部分技術(shù)已經(jīng)在小范圍的實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)人機(jī)交互技術(shù)項(xiàng)目撥款120萬(wàn)美元資助萊斯大學(xué)、密歇根大學(xué)、德雷塞爾大學(xué)以及馬里蘭大學(xué)開(kāi)展這項(xiàng)研究。
 　　“這個(gè)項(xiàng)目并不虛幻，” 萊斯大學(xué)副研究員Marcia O'Malley說(shuō)，“該項(xiàng)目的研究員已經(jīng)證實(shí)大部分工作是可以實(shí)現(xiàn)的，剩下的工作就是把所有的東西─無(wú)創(chuàng)神經(jīng)解碼、直接腦部控制以及觸覺(jué)反饋──全部整合在一套裝置中。”
　　O'Malley與這個(gè)項(xiàng)目的其他研究員——密歇根大學(xué)的Brent Gillespie、德雷塞爾大學(xué)的Patricia Shewokis以及馬里蘭大學(xué)的José Contreras-Vidal 之前已經(jīng)驗(yàn)證了該技術(shù)能夠使截肢者利用假手準(zhǔn)確地感知和操縱物體，原理是截肢者剩余的肢體可以自然地接受感知反饋。“神經(jīng)假肢的控制是這個(gè)項(xiàng)目的重要內(nèi)容，還有一個(gè)同樣重要的挑戰(zhàn)就是為假肢執(zhí)行的接觸任務(wù)提供感知返回。”
　　該小組將利用一項(xiàng)技術(shù)，把人造手指尖收集的觸覺(jué)信息和假手的抓握力度信息反饋給使用者。這些信息是通過(guò)機(jī)器人外骨骼和觸控板來(lái)震動(dòng)、拉伸或擠壓假肢與使用者身體連結(jié)部位的皮膚收集得到的。“這個(gè)原理就是提供使用者能夠整合的一系列的感知反饋，這與健全人通過(guò)皮膚和肌肉的神經(jīng)整合各種觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)、強(qiáng)度信息的情況非常相似，”Contreras-Vidal說(shuō)。
　　Contreras-Vidal此前也研發(fā)過(guò)一種技術(shù)，可讓測(cè)試者僅通過(guò)思緒來(lái)移動(dòng)電腦屏幕上的光標(biāo)。該技術(shù)可以無(wú)創(chuàng)性地利用使用者的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。使用者頭戴一頂內(nèi)嵌電極的帽子，這頂帽子能通過(guò)腦電圖（EEG）讀取頭皮上的電活動(dòng)。該小組計(jì)劃把使用者的腦電波信息與大腦前額葉測(cè)得的血氧濃度等即時(shí)信息進(jìn)行整合。使用者大腦前額葉的血氧濃度的測(cè)量采用了功能性近紅外線（fNIR）技術(shù)，該技術(shù)是由德雷賽爾大學(xué)的腦成像實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的。
　　Shewokis指出：“我們希望提供接觸任務(wù)的直觀控制功能，而且對(duì)加強(qiáng)患者的運(yùn)動(dòng)想象這個(gè)問(wèn)題很感興趣?；颊咴谒伎既绾巫屖直圩鲞\(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)想象。在理想狀況下，我們開(kāi)發(fā)的觸覺(jué)或觸感反饋技術(shù)可以提高EEG和fNIR解碼水平，讓病患更容易地利用假肢手臂準(zhǔn)確地做他們想要做的事情。我們正在努力，使假肢的使用和控制能夠采用‘大腦回路’。”
　　O'Malley指出，新研發(fā)的技術(shù)對(duì)于現(xiàn)有的假肢裝置來(lái)說(shuō)，是一個(gè)巨大的飛躍。因?yàn)楝F(xiàn)有的假肢裝備無(wú)法讓使用者感覺(jué)到他們所觸摸的對(duì)象。目前市面上一些先進(jìn)的假肢使用了可以震動(dòng)的力度反饋系統(tǒng)，這種系統(tǒng)類似于手機(jī)的震動(dòng)模式，只能提供假手抓取物體的有限信息。 “一般來(lái)說(shuō)，震動(dòng)觸覺(jué)提示的作用并不大，”O'Malley表示，“在很多情況下，人們僅會(huì)依賴視覺(jué)反饋，也就是通過(guò)觀察他們的假肢抓握的物體，來(lái)推斷該物體的軟硬程度和抓握的力度等。因此，這類技術(shù)還有很多改善的空間。”
　　“這個(gè)與眾不同的小組得到了解決腦機(jī)接口這個(gè)巨大挑戰(zhàn)的機(jī)會(huì)，”Gillespie說(shuō)，“我對(duì)目前的重大突破以及未來(lái)的美好前景感到非常高興。我們特別重視解決腦/身體連接問(wèn)題，希望找到以新方式解決控制身體的方法。感知反饋特別是觸感反饋經(jīng)常被人們忽視，但是我們認(rèn)為這是解決大腦和運(yùn)動(dòng)假肢回路問(wèn)題的關(guān)鍵，”他說(shuō)，“這些結(jié)果表明，我們很有希望造福截肢者和其他行動(dòng)不便的人。”