巴西世界杯開幕式上，患有截癱的巴西青年諾平托在腦控機械外骨骼技術的幫助下，為世界杯開球。類似“神奇”一幕在我國天津再次上演。

     14日，在天津大學和天津市人民醫院共同舉辦的“純意念控制”人工神經康復機器人系統發布會上，因中風導致偏癱的董阿姨通過“想”，就能“指揮”無法動作的肢體“聽話”地完成相應動作。這是全球首臺“純意念控制”人工神經機器人。

擁有23項國家發明專利

      天津大學神經工程研究團隊和天津市人民醫院聯合研制的這項最新研究成果將會讓更多的中風、癱瘓人士重新獨立生活。

      這一歷時10年的技術，是國家“863計劃”“十二五”國家科技支撐計劃和國家優秀青年科學基金重點支持項目，在復合想象動作信息解析與處 理、異步腦—機接口訓練與識別、皮層—肌肉活動同步耦合優化、中風后抑郁腦電非線性特征提取與篩查等關鍵技術上取得了重大突破，目前已擁有包括23項授權 國家發明專利、1項軟件著作權在內的自主知識產權集群，是適用于全肢體中風康復的“純意念控制”人工神經機器人系統。

       中風偏癱或者截癱的患者是因為中樞神經（比如腦部）或者周邊神經（比如四肢）受損，神經通路受阻，大腦無法發出正確指令，或者指令無法傳輸到周邊神經，進而無法“指揮”肢體肌肉收縮，無法正常行動。

      “我們的工作就是要正確、快速解碼腦部信號，‘重塑’中樞神經，再仿生構筑了一條完整的‘人工神經通路’，把人體受損的中樞神經和周邊神經連通起來。”項目主要負責人、天津大學精儀學院教授明東說。他說，我們給機器人系統起名為“神工一號”，取義“鬼斧神工”。

不再需要把芯片植入大腦

     該系統包括無創腦電傳感模塊、想象動作特征檢測模塊、運動意圖識別模塊、指令編碼接口模塊、刺激信息調理模塊、刺激電流輸出模塊6部分。與在 世界杯上亮相的腦控機械外骨骼相比，“神工一號”更能夠體現出“純意念”。體驗者把裝有電極的腦電探測器戴在頭部，并在患病肢體的肌肉上安裝電極，借助 “神工一號”的連接，就可以用“意念”來“控制”自己本來無法行動的肢體。

      明東說，“意念控制”，其實可以看成外部設備讀懂大腦神經信號并且執行的過程。它需要首先提取體驗者的腦電數據，構建出帶有個體特征的意念控 制指令的“密碼本”。隨后通過腦電的異步“腦—機接口”技術模擬中樞神經通路、解碼體驗者的運動意念信息，進而驅動多級神經肌肉電刺激技術模擬周邊神經通 路、從而刺激癱瘓肢體產生對應動作。

      明東介紹，腦—機接口的作用是可以無創讀取腦電信息，不再需要把芯片植入到大腦或者脊髓中，就可以較為準確地讀取人的“意念”。體驗者的“想 象”并非只是單純的控制命令，而是一種腦區激活方式，想象即為待實施的實際肢體動作，真正實現大腦皮層與肌肉活動的同步耦合，做到身隨意動、思行合一。

患者的康復由被動變為主動

       據明東介紹，腦控機械外骨骼是利用被動機械牽引，非肌肉主動收縮激活。而“神工一號”則利用神經肌肉電刺激，模擬神經沖動的電刺激引起肌肉產 生主動收縮，帶動骨骼和關節產生自主動作，與人體自主運動原理一致。這一點對于病人來說意義重大，他們借助“神工一號”不僅能夠完成相應動作，還能加快康 復進程。天津市人民醫院康復科主任、天津市康復醫學研究所所長杜金剛表示，這在康復醫學上是重大突破。 “神工一號”不僅像腦控機械外骨骼可以起到“替代”作用，更有“修復”作用，與傳統的康復手段相比，“神工一號”使患者的康復由被動變為主動。杜金剛說， 僅體驗過三次“神工一號”的董阿姨，腳、腿和大拇指已經可以自主動作了。

載人航天計劃中大有用武之地

     不僅僅限于運動康復，“神工一號”還可在線進行中風后抑郁等關聯疾病的病理檢測與篩查。“神工一號”通過實時采集、處理和分析患者的靜息態腦電，對中風后抑郁的識別精度接近90%。

      “將來的‘神工二號’、‘神工三號’體積會更小，便攜可穿戴。它可以輔助病人完成更多復合精細的肢體動作，推廣至包括脊髓損傷在內的更多患 者，甚至實現重癥癱瘓的意念交流。它對大腦狀態的探測與分析、肌骨運動健康的維持和訓練等一系列技術新思路將應用于一些特殊人群，比如長期在軌的航天員， 在我國載人航天計劃中大有用武之地。”明東表示。

用意念控制機器人

      只要心里想一下，就能讓機器人行動—看到這里，人們可能會聯想到科幻電影。現在，日本產業技術綜合研究所（AIST）與法國國家科學研究院（CNRS）已經試制出了這種夢幻般的“機器人”。

      人佩戴安裝了電極的頭盔，雙目緊盯屏幕上顯示的藍色瓶子。馬上，1米開外的人形機器人便小心地調整步伐，向藍色瓶子一點點靠近。在伸手抓住瓶子后，拿到手里，然后走開。

     顯示器上排列著紅、藍、黃3個顏色的瓶子，以一定間隔閃爍。每種顏色的瓶子閃爍的節奏各不相同，因此在腦波上也會表現出差異。 如果人盯住特定瓶子，頭盔就會從檢測到的腦波中，讀取意識集中的瓶子的影像。在接收到這些信息后，機器人便會去拿瓶子。 今后，除了拿瓶子之外，兩家研究機構還會繼續進行改進，使機器人能夠完成更復雜的動作。CNRS-AIST機器人合作研究機構主任吉田英一博士說：“機器 人可以幫助老年人、殘疾人完成更換高處的燈泡等動作。”