“纯意念控制”康复机器人“神工一号”问世

巴西世界杯开幕式上，一名身患截瘫的巴西青年，利用可根据大脑信号实现站立和行走的“外骨骼”机器人系统为世界杯开球。两天后，中国天津也发布了这样神奇的技术：人工神经康复机器人“神工一号”系统。这是全球首台适用于全肢体中风康复的“纯意念控制”人工神经机器人系统，能够真正实现身随意动。

“神工一号”的研发历时10年，在关键技术上取得重大突破，已拥有包括23项授权国家发明专利、1项软件著作权在内的自主知识产权集群。

这一历时10年的技术，由天津大学神经工程研究团队和天津市人民医院联合研制，是国家“863计划”、“十二五”国家科技支撑计划和国家优秀青年科学基金重点支持项目，在复合想象动作信息解析与处理、异步脑——机接口训练与识别、皮层——肌肉活动同步耦合优化、中风后抑郁脑电非线性特征提取与筛查等关键技术上取得了重大突破，目前已拥有包括23项授权国家发明专利、1项软件著作权在内的自主知识产权集群，是全球首台适用于全肢体中风康复的“纯意念控制”人工神经机器人系统。

中风偏瘫或者截瘫的患者是因为中枢神经（比如脑部）或者周边神经（比如四肢）受损，神经通路受阻，大脑无法发出正确指令，或者指令无法传输到周边神经，进而无法“指挥”肢体肌肉收缩，无法正常行动。

“我们的工作就是要正确、快速解码脑部信号，‘重塑’中枢神经，再仿生构筑了一条完整的‘人工神经通路’，把人体受损的中枢神经和周边神经连通起来。”项目主要负责人、天津大学精仪学院明东教授说，“我们给机器人系统起名为‘神工一号’，取义‘鬼斧神工’。”

中风偏瘫或者截瘫的患者是因为中枢神经（如脑部）或者周边神经（如四肢）受损，神经通路受阻，大脑无法发出正确指令，或者指令无法传输到周边神经，进而无法“指挥”肢体肌肉收缩，无法正常行动。体验者需要把装有电极的脑电探测器戴在头部，并在患病肢体的肌肉上安装电极，借助“神工一号”的连接，就可以用“意念”来“控制”肢体了。

明东说，“意念控制”，其实可以看成外部设备读懂大脑神经信号并且执行的过程。“神工一号”看似简单、轻巧的机器人系统工作起来却很复杂。它需要首先提取体验者的脑电数据，构建出带有个体特征的意念控制指令的“密码本”。随后通过脑电的异步“脑——机接口”技术模拟中枢神经通路、解码体验者的运动意念信息，进而驱动多级神经肌肉电刺激技术模拟周边神经通路、从而刺激瘫痪肢体产生对应动作。

明东介绍，脑——机接口的作用是可以无创读取脑电信息，不再需要把芯片植入大脑或者脊髓中，就可以较为准确地读取人的“意念”。

体验者的“想象”并非只是单纯的控制命令，而是一种脑区激活方式，想象即为待实施的实际肢体动作，真正实现大脑皮层与肌肉活动的同步耦合，做到身随意动、思行合一。

“神工一号”不仅像脑控机械外骨骼可以起到“替代”作用，更有“修复”作用，与传统的康复手段相比，“神工一号”使患者的康复由被动变为主动。天津市人民医院康复科主任、天津市康复医学研究所所长杜金刚说，仅体验过3次“神工一号”的董阿姨，脚、腿和大拇指已经可以自主动作了。

不仅仅限于运动康复，“神工一号”还可在线进行中风后抑郁等关联疾病的病理检测与筛查。“神工一号”通过实时采集、处理和分析患者的静息态脑电，对中风后抑郁的识别精度接近90%。

“将来的‘神工二号’、‘神工三号’体积会更小，便携可穿戴。它可以辅助病人完成更多复合精细的肢体动作，推广至包括脊髓损伤在内的更多患者，甚至实现重症瘫痪的意念交流。它对大脑状态的探测与分析、肌骨运动健康的维持和训练等一系列技术新思路将应用于一些特殊人群，比如长期在轨的航天员，在我国载人航天计划中大有用武之地。”明东表示。

来源：医谷综合整理