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科学家发明脑控机械手臂 帮助残疾人用意念进食

http://www.69jk.cn 2012年12月28日 来源:互联网
  人类能通过意识来控制机器人么?答案是肯定的。据英国《卫报》网站12月17日的报道,美国匹兹堡大学的科研人员新研制出的一种脑控机器手臂能够帮助瘫痪患者完成一些难度颇高的动作。
1、在大脑皮质的运动神经里植入微型电极;2、固定在人头部的连接器负责接收大脑发出的神经信号;3,连接器把神经信号发送到人脑—机器转换平台,并进一步把信息传回。
  52岁的简·舒尔曼患病13年,在机器手臂的帮助下,她可以用手吃东西。
研究人员选择了现年52岁的病人简(Jan)作为试验对象,她在10年前由于神经系统疾病而四肢瘫痪。为了把简的大脑和机械手“连接”起来,医生们通过手术将两个长宽均为4毫米的微型电极网植入到简的大脑运动皮层中用来控制手臂移动的神经元附近,每一个电极网上有96个长约1.5毫米的电极。在电极网植入之后,通过固定在头部的“连接器”和一根无需太长的导线,简的大脑便与计算机系统和机械手实现了“连线”了。
  据医生介绍,在大脑与机械手“连线”之后、实际使用机械手之前,简还需在大脑中想象一下机械手的各种动作。而当她在想某一动作时,电脑会将此时她脑中单个神经元的活动记录下来。,“当我们找到控制某个动作的神经元时,我们就能帮助患者来用自己的意识控制机械手的运动了,”匹兹堡大学的神经生物学教授安德鲁·施瓦茨(Andrew Schwartz)介绍说。   在实际使用机械手的过程中,机械手首先会遵循预先设定好的电脑指令协助简练习一些动作,然而简很快就能在不需要任何帮助的情况下自己控制机械手了。研究人员称,简在短短两天的训练后,就能通过意识控制机械手完成前后左右以及上下等动作,而在接下来的几周时间里,她甚至能控制机械手流畅地完成难度较高的动作,比如抓起并移动放在桌子上的小球、吃饭等等。在三个月的训练时间中,简有91.6%的时间是和机械手待在一起的。经过艰苦的训练,简完成某个动作的时间比最初使用机械臂时快了30秒左右,这也让研究人员感到惊讶不已。   目前,全球范围内有多个研究小组致力于脑控机器人的研究,试图能让人通过意识来控制机器人手臂和电脑等其它设备,但都没有取得如此骄人的成绩。“简掌握脑控技巧的速度让我们感到意外,”施瓦茨教授说道,而瑞士联邦技术研究所的专家格雷瓜尔·库尔蒂纳(Grégoire Courtine)也认为“这种仿生类脑波控制技术是医学领域的一大突破”。   不过,该项技术的发展也面临不少障碍。例如,随着简脑部植入微型电极网时的手术伤口逐渐愈合,产生的疤痕组织已经开始影响到计算机对脑电波信号的接收。施瓦茨教授对此表示,他们计划使用更薄的电极(约五千分之一毫米厚)来解决这一问题。如何为机械手安上传感器,以让患者感觉到机械手所接触的物体的质地和温度,也是研究人员需重点突破的问题之一。此外,该研究今后的另一个重点是研发无线控制系统,让患者不必通过物理连接就能控制机械手。   据悉,该项研究成果发表在近期的医学权威学术刊物《柳叶刀》(Lancet)上。

 

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