从科幻到现实，康复训练迈入“意念时代”

　　□ 南京日报/紫金山新闻记者 何洁

　　戴上一顶特制的头盔，眼睛注视着屏幕上不停闪烁的方块，无需动口动手，就可以对遥控车“发号施令”，这是东南大学机器人传感与控制技术研究所自主研发的一款基于视觉控制的脑机接口设备。用脑电活动控制动作、通过微小电流让脑细胞和计算机之间“互动”……这些过去只出现在科幻作品中的场景，如今正逐渐走进现实，对于因身体损伤而失去肢体运动功能的残障人士而言，脑机接口技术让他们有望重新获得自主行动能力。

　　什么是脑机接口？人类大脑在思维活动时会产生脑电波，脑机接口通过“阅读”大脑识别脑电波，将大脑意图转化为计算机指令，从而实现人与机器或外部环境之间的交互联通。

　　脑机接口如何实现大脑与机器“对话”？“完整的脑机接口过程包括脑电信号采集、信息解码处理、动作控制和反馈四个步骤，而在第一步的信息采集阶段，可以根据采集方式的不同将脑机接口技术分为侵入式、半侵入式和非侵入式。”东南大学机器人传感与控制技术研究所所长宋爱国教授介绍，侵入式指通过手术将电极植入大脑神经皮层，非侵入式一般是无创的，使用者通过佩戴脑电帽设备来采集脑电信号，通过电缆传输并放大之后传送到计算机进行分析处理，“我们团队采用非侵入式这一方式采集大脑神经信号，主要用于助老助残、运动康复和认知康复等领域。”

　　在传统的临床康复治疗中，常用的方式是通过一个机器外骨骼来带动患者去运动，但这只是一种被动的康复。而脑机接口技术可以实现基于人的主观运动意图带动肢体运动，通过运动想象和主动训练，更利于患者的运动神经恢复。在东南大学机器人传感与控制技术实验室，记者体验了由宋爱国教授团队研发的基于运动想象与触觉反馈相结合的康复机器人手套装置。戴上脑电采集帽，将右手放入手套内，全神贯注想象握拳这一动作，不一会儿手套慢慢握紧，带动右手完成握拳这一动作。

　　“人在看到闪烁的光点时，会产生很清晰稳定的脑电波，从而实现对机器系统的控制，这是经典的运动范式——视觉激发的脑电信号，但眼睛紧盯着屏幕容易造成视觉疲劳，所以我们使用一种新的范式，将运动想象与触觉反馈相结合。”宋爱国介绍，虽然肢体动不了，但是如果患者的大脑是健康的，当他想象握拳、抓握等动作时，脑电采集帽采集到这些指令所代表的脑信号，并将其传递给计算机，解码分析后驱动手套带动患者手部完成这一指令。在运动手套中增加触觉反馈后，可以用震动的方式刺激患者的感知，让他得到正向反馈，在想象训练过程集中注意力，尽量不受外部干扰。

　　对于非侵入式的脑机接口，如何优化生物信号的采集是宋爱国教授团队不断探索和攻克的课题。“脑电波信号是0到100微伏，平时环境的电噪声是0到10毫伏，相当于脑电波的100倍到1000倍，在背景很嘈杂的情况下提取微弱的信号并进行处理是非常困难的。”宋爱国说，相比于侵入式，非侵入式仅需体外佩戴设备，对人体没有损伤，但面临高效精确采集信号的技术挑战，“为此我们从0出发，2006年就自主研制出脑电信号放大器，这也是脑机接口领域的关键器件，相当于给信号装上‘扩音器’，将其放大数千倍。”

　　目前，这款基于运动想象与触觉反馈相结合的康复机器人手套装置已经进入科研临床试验阶段，通过取证发现一些新规律。“在试验过程中，我们发现触觉反馈对患者的增强感知是有帮助的，能够使脑电信号的识别率提升10%左右。另外，不同的人在训练过程中也存在个体差异，环境温度、湿度，自身情绪、疲劳状态等都会影响实验结果。目前，已经完成对健康人的临床试验，以及少量中风患者的临床康复训练。”宋爱国介绍，“预计3年左右，这款产品将走入‘寻常百姓家’，帮助更多因身体损伤而失去肢体运动功能的残障人士开展康复训练，让他们恢复肢体的大部分运动功能，实现自主穿衣、刷牙、喝水。”