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改变一千万残疾人命运脑电波义肢实现断肢再生-【新闻】

发布时间:2021-04-06 00:05:10 阅读: 来源:积木类厂家

8月17日消息,利用发射磁场频率的设备,来产生控制假肢行动的电波,然后通过传感器系统检测人类的骨髓信号,将脑电波与控制系统连接起来。这项高灵敏度磁传感器和强大的系统将被用户医学研究和神经系统的应用,可以让一些“特殊”人群,用以控制假肢就如同自己的双手一样。

由哈佛大学脑科研究中心在读博士韩璧丞领导的团队研发出的脑电波义肢,就将尝试让断臂的乡村教师马复兴再次“长”出手臂。在马复兴四个月大时,他就不幸失去了双臂,在之后的59年里过着与常人不同的生活。在他的脑海里早已没有了使用“手”的印象,脑电波义肢对他能否奏效呢?

脑电波义肢:过去的“不可能”如今已成真

其实早在19世纪70年代的英国,一个叫Caton的年轻人在黑猩猩和狗的大脑上记录到了“电火花运动”。半个世纪后,1929年德国人Berger整整记录到了人类的脑电波,并且制作了一张人脑脑电图。科学家发现,原来脑电波是一种非常弱的生物电,通常被人理解成大脑的电器性震动,其频率在每秒1-30次之间。

之后科学研究发现,脑电波采集并非难事,在头皮放一个金属电极,再加一个放大器,或者把微电极植入到颅骨内部即可。但是人脑有大约860亿个神经元,因此在活动时会对外发射的脑电波造成干扰。此外由于脑电波引起的电压变化使微伏数量级,所以非常容易受到干扰,比如头发长了、粉底过厚、甚至手机在旁边晃下都会造成干扰。

所以如今的脑电波研究还处于初级阶段,但是科学家对于脑电波的研究重未停止过。2007年,美国罗德岛布朗大学的团队,给高位截瘫的患者植入了一块电子芯片,经过训练,患者的思想可以破解成数字信号,能向设备发出指令收发邮件、玩游戏等。2015年,美国加州大学的医生设计了一定可捕捉脑电波的帽子,并通过计算机程序破解脑电波、分离出控制腿部活动的部分,然后再把信号发出让相应仪器刺激腿部肌肉,使瘫痪五年的男子“行走“。

近几年,不断有脑电波控制义肢的信息,甚至国外一款可操控的机械义肢项目Luka Arm,在通过美国食品药品监督管理局(FDA)的生产许可后,达到了量产。这项技术就在《机智过人》第二季第二期中,由哈佛大学脑科研究中心在读博士韩璧丞为广大观众进行了演示。韩璧丞的团队在过去的九年时间里,研究脑电波技术,利用人工智能算法,识别微弱的脑电波信号,并且通过识别翻译成控制意识。“这项技术可以让人们的大脑变得更强,也可以帮助特殊人群恢复日常的行为。“而在场嘉宾鲁白则表示到:人体有两类细胞叫做可兴奋细胞,一类是大脑的神经元,另外一类就是肌肉细胞,而两类细胞构成了所谓的生物电信号。

图文无关

据了解,脑电波义肢采用模块化设计,可以确保各部件能够便携购买,并可实现独立组装,大大降低了购买成本,从而使原价五六十万产品的终端售价降低为原来的1/10。而多达到8个通道的信号采集质量,能够准确识别手臂残留肌肉群的各项精准活动,采样速率至少1000Hz,精度高达10倍左右,还可以用90%以上的准确率识别单根手指控制的10种手部运动。

以科技为出发点,“维纳斯”圆了自己的“双臂“梦

《机智过人》主持人朱广权在节目中问道:“怎么把人类的大脑和外部的设备连接起来?“韩璧丞的回答,正是前文中所提到的脑电波采集方案。”在过去几年的时间里,科研人员研发出了医疗级别的高性能脑电检测器,它可以带到头上,从头皮中检测出人的电信号,并且翻译成控制意识,这样就可以达到所想即所动。“

在本期节目中,韩壁丞带来了两款产品,一款为头戴式脑电波读取,另一款则为脑电波义肢。前者头戴式所内置的三个电极点采集脑电波,进而将数据翻译成可视化的注意力数值,使桌子暗藏的机关运作。后者则是以机械手臂的形态来展示,帮助一些特殊人群。项目检验员马复兴就是这些人群的一位,他是一个值得尊重的乡村教师。在他四个月大时,因为一场意外,还在襁褓中的马老师就不幸失去了双臂,在之后的59年里过着与常人不同的生活。可是,就这样的马老师,在青海省湟中县汉东回族乡下麻尔小学任教了37年,用残缺的手臂制作了超过100万字的教案,培养了超过800个下麻尔村的孩子。

韩璧丞介绍,脑电波义肢分为两个部分,前者为精密的传感仪器,检测马老师脑电波信号;后者则是智能义肢,无论力度强度都与人的双手完全一致。通过训练学习,让马老师想象一些动作,让算法识别。而这样的训练传统上需要半个月到一个月左右,但是在《机智过人》现场,这个过程只有十几分钟。然而,就在这十几分钟里,马老师就在工作人员的辅助下,学会了张开手、握成“拳”、控制力度等等行为,引发了全场欢呼和掌声。在获得“双手”后,马老师第一个动作就是去和在场的每一个嘉宾握手,“从前我没有手,和别人打招呼都是去拥抱。能和别人去握手,是我最大的愿望。“当马老师一根根合拢五指,人生中第一次感受到握手的滋味时,他脸上绽放的笑容令在场所有人深深动容。

虽然还需要一定的训练过程,但是在韩璧丞的引导下,马老师尝试用脑电波义肢慢慢的拿到了书柜上的一本书。这是节目组对脑电波义肢的考验,即它能不能帮助使用者完成日常抓起的动作。马老师能否成功拿到这本书呢?

嘉宾韩雪在节目中,讲了一段朴素却含义深刻的话:“科学真的给了老师一双手。在这个瞬间,我相信在每个孩子的心中一定都种下了一颗科学种子。在未来的10年20年后,这些孩子一定会愿意在科学的道路上去造福更多的人。”

据2006年的一次人口普查数据显示,我国各类残疾人总数占据全国总人口6.34%,其中肢体残疾的人数最多,占据总残疾人口的29.07%。而在网上新闻中,虽然常常可以看到这些特殊的人有着积极乐观的心态,但是难免会因为身体的因素,让其得不到应有的“完整生活“。

脑电波义肢的本质是让这些特殊人群可以与正常一样。同时,据了解,脑电波未来市场规模达2万亿美金。然而,由于这个领域还处于早期研究阶段,一部分目标群体还无法使用。正如韩璧丞在节目结尾的时候所讲到的,正常人所能够下意识所做到的简单动作,其实对于他们来说是非常渴望的,而“简单的一个小忙“甚至会令这一部分的人群身上的疤痕隐隐作“痛“。

《机智过人》节目嘉宾撒贝宁在最后的结尾中说到:“所以现在年轻人都在探讨,什么是职业的幸福感。我想作为一个职业的科学研究人员来说,最大的幸福感就在于,你的研究成果帮助了一个人实现了他梦寐以求的愿望。我觉的这是对韩博士和他团队最高的奖赏。“

梦想总会有的,马老师为孩子讲课,就是在孩子们心中种下梦想的种子;而这些孩子们,也将怀揣梦想,走进更加宽广的世界。笔者甚至在想,很多科学家的想法,其实很简单,他们只是在单纯的实现人类的梦想。所以入选《机智过人》先锋的脑电波义肢项目的意义,不仅是它带领在场观众嘉宾看到了炫酷未的来,更是让更多人对科学家这个职业,有了全新的看法。

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