中風(fēng)患者的重大利好！用大腦意念就能控制外骨骼

大多數(shù)人可能不知道，每六個(gè)人中就有一個(gè)可能會(huì)中風(fēng)；在瑞典，每年有一萬(wàn)六千人中風(fēng)，他們中的三分之二手臂會(huì)癱瘓。拓展訓(xùn)練能讓病患們重獲控制手臂和手的能力，當(dāng)然，大腦的受損程度直接影響了康復(fù)程度。這是傳統(tǒng)理療能力的可以獲得的療效，而目前我們有了一個(gè)全新的備選項(xiàng)——機(jī)器人。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的教授Roger Gassert研發(fā)了一系列能夠訓(xùn)練手臂功能的機(jī)器人技術(shù)設(shè)備，它們可以成為中風(fēng)患者康復(fù)治療的一部分。然而，不論是理療還是機(jī)器人輔助的治療，療程都是由每天一到兩節(jié)訓(xùn)練課程組成的，這對(duì)病患而言是很心累的，因?yàn)樗麄円谕道懑熤行牡穆飞虾馁M(fèi)大量時(shí)間。

外骨骼搖身一變，成為訓(xùn)練型機(jī)器人

“我的觀點(diǎn)是，不要讓病患們專(zhuān)程來(lái)到診所中進(jìn)行康復(fù)性訓(xùn)練，相反，我們要讓這樣的鍛煉融入到他們居家生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，方方面面。”Gassert表示，這是他與日本九州大學(xué)的Jumpei Arata教授交流后得到的想法（Arata曾于2010年學(xué)術(shù)假期期間，在Gassert的實(shí)驗(yàn)室工作過(guò)）。

“第一，現(xiàn)有的外骨骼都太重了，這讓病患們很難舉起他們的手；第二，他們也很難感知物體的存在；第三，想要抓取物體的時(shí)候，他們不知道到底該出幾分力氣。所以，我們想要發(fā)明一個(gè)模型，讓他們的手掌更自由，這樣他們就可以完成日常的各種任務(wù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能和體覺(jué)功能。” Gassert說(shuō)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，Arate發(fā)明了一個(gè)手指三重鋼板彈簧。發(fā)動(dòng)機(jī)在中間的彈簧移動(dòng)，它能把力量通過(guò)另外兩個(gè)彈簧傳輸?shù)绞种傅母鱾€(gè)部位。如此一來(lái)，手指可以自動(dòng)適應(yīng)物體的形狀，方便患者抓取物體。

但是，這個(gè)集成動(dòng)力設(shè)置會(huì)將外骨骼的重量增加到250克，這在臨床試驗(yàn)中對(duì)病患而言已經(jīng)非常重了。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是，把發(fā)動(dòng)機(jī)改裝到病患的后背上，這樣力量就可以通過(guò)自行車(chē)閘線被轉(zhuǎn)換到外骨骼上。手部裝置模型的重量不到120克，但它堅(jiān)固到可以提起一瓶一升的礦泉水。

探究大腦處理機(jī)制

大腦中到底有些什么奧秘？在中風(fēng)之后，大腦是如何將指令傳遞到手足的？Gassert解釋道：“病情嚴(yán)重者的大腦和手部的連接已經(jīng)被嚴(yán)重破壞，所以我們需要幫助他們將指令自然而然地傳遞到機(jī)器人裝置。”也就是說(shuō)，他們要察覺(jué)到病患大腦中移動(dòng)手部的意圖，并將這個(gè)信息傳遞到外骨骼，這個(gè)過(guò)程對(duì)治療很有利。Gassert說(shuō)，很多研究顯示經(jīng)常性的鍛煉有可能加強(qiáng)手腦間現(xiàn)有的神經(jīng)連接，而其中一個(gè)要點(diǎn)是，當(dāng)大腦發(fā)出移動(dòng)指令時(shí)，它能接受手部傳來(lái)的體覺(jué)反饋。

為了更好地了解大腦處理機(jī)制，Gassert與臨床醫(yī)生、神經(jīng)學(xué)科學(xué)家和理療師們一起展開(kāi)了一項(xiàng)重要研究。在這項(xiàng)研究中，研究者們運(yùn)用了各種可視影像技術(shù)，比如功能性磁共振成像（fMRI），它能夠幫助科學(xué)家們繪制大腦活動(dòng)圖。這項(xiàng)技術(shù)讓他們有了一些新的領(lǐng)悟，fMRI又貴又復(fù)雜，根本不適合用于理療。“另外，它們也不便攜”，Gassert補(bǔ)充道。所以，他開(kāi)始想要運(yùn)用一些更簡(jiǎn)單的技術(shù)，比如腦電圖學(xué)以及功能近紅外光譜系統(tǒng)（fNIRS），它們?cè)谕?lèi)技術(shù)中是最便宜的。目前，Gassert正在研究fNIRS的實(shí)際應(yīng)用，這就更具挑戰(zhàn)性了。

另一些基本見(jiàn)解

此處還有一個(gè)問(wèn)題：我們還沒(méi)有完全明白大腦是如何控制四肢，讓它們與周遭環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)的。“機(jī)器人技術(shù)對(duì)基本性研究做出了重大貢獻(xiàn)。”Gassert解釋道。比如，機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)家已經(jīng)發(fā)明了一個(gè)外骨骼，它能在人們行走的過(guò)程中，在200毫秒內(nèi)限制膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)，并將自由度提高五度。有了感應(yīng)器的幫助，科學(xué)家們可以測(cè)量這個(gè)過(guò)程中涉及到的各種力，并用相關(guān)數(shù)據(jù)推測(cè)大腦是如何調(diào)整膝關(guān)節(jié)的僵硬程度的。這項(xiàng)發(fā)明可以應(yīng)用到對(duì)新型活動(dòng)性假體的控制中。

如果科學(xué)家們成功建立了大腦和外骨骼之間的互動(dòng)聯(lián)系，就可以研發(fā)出適用于治療的裝備了。但如果創(chuàng)傷是永久性的，那么機(jī)器人裝備可以作為創(chuàng)口治療的備選方案，為病患提供長(zhǎng)期支持。然而，如果中風(fēng)患者們期待能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)可觀的康復(fù)，那機(jī)器人輔助治療絕對(duì)是不二之選。

via Ethz

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