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使“读心术”成为可能:新技术允许截肢者用意念控制机械臂

2022-06-21 16:17 中国航空报

中国航空报讯:明尼苏达大学双城分校的研究人员创造了一个系统,使截肢者能够利用他们的大脑脉冲而不是肌肉来操作机械臂。这项新技术比以前的方法更精确,干扰性更小。

现在市场上的大多数商用假肢都是由肩部或胸部使用电线和线束系统控制的。更复杂的模型采用传感器来检测病人在假肢上方的自然肢体的微小肌肉运动。然而,这两种选择对截肢者来说都很难学会如何使用,而且有时没有帮助。

明尼苏达大学双城分校生物医学工程系在工业合作者的帮助下开发了一种微小的、可植入的设备,与人的手臂上的周围神经相连。该技术与机械臂和人工智能计算机配合使用时,可以检测和破译大脑脉冲,使上肢截肢者只用意念就能移动机械臂。

研究人员的最新论文发表在《神经工程杂志》上,这是一份针对神经工程跨学科领域的同行评审科学杂志。

明尼苏达大学生物医学工程博士后研究员Jules Anh Tuan Nguyen说:“它比任何商业系统都要直观得多。对于其他商业假肢系统,当截肢者想要移动手指时,他们实际上并没有想到要移动全部手指。他们试图激活他们手臂上的肌肉,因为那是系统读取的内容。正因为如此,这些系统需要大量的学习和练习。对于我们的技术,因为我们直接解释神经信号,它知道病人的意图。如果他们想移动一个手指,他们所要做的就是思考移动那个手指。”

Nguyen与明尼苏达大学生物医学工程系副教授杨志一起从事这项研究约10年,是神经芯片技术的主要开发者之一。

该项目始于2012年,当时业界的神经科学家和Nerves, Incorporated公司的首席执行官Edward Keefer找到了杨志,希望创造一种可以惠及截肢者的神经植入物。这两位研究人员获得了美国国防预先研究计划局(DARPA)的资助,此后在真正的截肢者身上进行了几次成功的临床试验。

研究人员还与明尼苏达大学技术商业化办公室合作,成立了一家名为Fasikl的创业公司——这是“fascicle”一词的谐音,指的是一束神经纤维,以实现该技术的商业化。

Nguyen说:“我们可以影响到真正的人,有一天可以改善病人的生活,这一点真的很重要。开发新技术很有趣,但如果你只是在实验室里做实验,它不会直接影响任何人。这就是为什么我们想在明尼苏达大学,让自己参与临床试验。在过去的三四年里,我有幸与几个病人一起工作。当我能帮助他们移动手指或帮助他们做一些他们以前认为不可能的事情时,我真的会很激动。”

与类似技术相比,该系统之所以工作得如此出色,很大一部分原因是纳入了人工智能,它使用机器学习来帮助解释来自神经的信号。

“人工智能有巨大的能力来帮助解释很多关系,”杨志说,“这项技术使我们能够准确地记录人类数据、神经数据。有了这种神经数据,人工智能系统可以填补空白,确定发生了什么。这是一个真正的大事情,能够将这种新的芯片技术与人工智能相结合,它可以帮助回答很多我们以前无法回答的问题。”

这项技术不仅对截肢者有好处,对其他患有神经系统疾病和慢性疼痛的病人也有好处。杨志认为未来将不再需要侵入性的大脑手术,而可以通过外周神经获取大脑信号。此外,这种植入式芯片的应用已经超出了医学范畴。

现在,该系统需要通过接触皮肤的电线来连接到外部的人工智能界面和机械臂。但是,如果该芯片可以远程连接到任何计算机,它将使人类有能力用他们的意念来控制他们的个人设备——例如,汽车或手机。

“这些事情中的一些正在实际发生。很多研究正在从所谓的‘幻想’类别中进入科学类别,”杨志说,“这项技术肯定是为截肢者设计的,但如果你谈及它的真正潜力,这可能适用于我们所有人。” 

责任编辑:intern2