中風患者的重大利好！用大腦意念就能控制外骨骼

大多數人可能不知道，每六個人中就有一個可能會中風；在瑞典，每年有一萬六千人中風，他們中的三分之二手臂會癱瘓。拓展訓練能讓病患們重獲控制手臂和手的能力，當然，大腦的受損程度直接影響了康復程度。這是傳統理療能力的可以獲得的療效，而目前我們有了一個全新的備選項——機器人。

蘇黎世聯邦理工學院的教授Roger Gassert研發了一系列能夠訓練手臂功能的機器人技術設備，它們可以成為中風患者康復治療的一部分。然而，不論是理療還是機器人輔助的治療，療程都是由每天一到兩節訓練課程組成的，這對病患而言是很心累的，因為他們要在往返理療中心的路上耗費大量時間。

外骨骼搖身一變，成為訓練型機器人

“我的觀點是，不要讓病患們專程來到診所中進行康復性訓練，相反，我們要讓這樣的鍛煉融入到他們居家生活的點點滴滴，方方面面。”Gassert表示，這是他與日本九州大學的Jumpei Arata教授交流后得到的想法（Arata曾于2010年學術假期期間，在Gassert的實驗室工作過）。

“第一，現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，想要抓取物體的時候，他們不知道到底該出幾分力氣。所以，我們想要發明一個模型，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，實現運動功能和體覺功能。” Gassert說。針對這個問題，Arate發明了一個手指三重鋼板彈簧。發動機在中間的彈簧移動，它能把力量通過另外兩個彈簧傳輸到手指的各個部位。如此一來，手指可以自動適應物體的形狀，方便患者抓取物體。

但是，這個集成動力設置會將外骨骼的重量增加到250克，這在臨床試驗中對病患而言已經非常重了。解決這個問題的方法是，把發動機改裝到病患的后背上，這樣力量就可以通過自行車閘線被轉換到外骨骼上。手部裝置模型的重量不到120克，但它堅固到可以提起一瓶一升的礦泉水。

探究大腦處理機制

大腦中到底有些什么奧秘？在中風之后，大腦是如何將指令傳遞到手足的？Gassert解釋道：“病情嚴重者的大腦和手部的連接已經被嚴重破壞，所以我們需要幫助他們將指令自然而然地傳遞到機器人裝置。”也就是說，他們要察覺到病患大腦中移動手部的意圖，并將這個信息傳遞到外骨骼，這個過程對治療很有利。Gassert說，很多研究顯示經常性的鍛煉有可能加強手腦間現有的神經連接，而其中一個要點是，當大腦發出移動指令時，它能接受手部傳來的體覺反饋。

為了更好地了解大腦處理機制，Gassert與臨床醫生、神經學科學家和理療師們一起展開了一項重要研究。在這項研究中，研究者們運用了各種可視影像技術，比如功能性磁共振成像（fMRI），它能夠幫助科學家們繪制大腦活動圖。這項技術讓他們有了一些新的領悟，fMRI又貴又復雜，根本不適合用于理療。“另外，它們也不便攜”，Gassert補充道。所以，他開始想要運用一些更簡單的技術，比如腦電圖學以及功能近紅外光譜系統（fNIRS），它們在同類技術中是最便宜的。目前，Gassert正在研究fNIRS的實際應用，這就更具挑戰性了。

另一些基本見解

此處還有一個問題：我們還沒有完全明白大腦是如何控制四肢，讓它們與周遭環境進行互動的。“機器人技術對基本性研究做出了重大貢獻。”Gassert解釋道。比如，機器人技術專家已經發明了一個外骨骼，它能在人們行走的過程中，在200毫秒內限制膝關節的活動，并將自由度提高五度。有了感應器的幫助，科學家們可以測量這個過程中涉及到的各種力，并用相關數據推測大腦是如何調整膝關節的僵硬程度的。這項發明可以應用到對新型活動性假體的控制中。

如果科學家們成功建立了大腦和外骨骼之間的互動聯系，就可以研發出適用于治療的裝備了。但如果創傷是永久性的，那么機器人裝備可以作為創口治療的備選方案，為病患提供長期支持。然而，如果中風患者們期待能實現相當可觀的康復，那機器人輔助治療絕對是不二之選。

via Ethz

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