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癱瘓婦女靠機器人手臂喝上咖啡

▲凱西成功地用自己的思維指引一個機器人手臂拿起一瓶咖啡。她終於在時隔十幾年後能用吸管啜飲自己喜歡的飲料。



▲微型晶片植入癱瘓婦女凱西的大腦後,使她能根據自己的想法移動機器人手臂。當她要擺動癱瘓的手臂時,晶片能探測出她大腦發出的神經細胞模式,隨後電腦將這些信號轉化為機器人手臂執行任務的指令。

凱西是美國馬薩諸塞州一位58歲的癱瘓婦女,她成功地用自己的思維指引一個機器人手臂拿起一瓶咖啡。時隔十幾年後,她終於能如願以償,用吸管啜飲自己喜歡的飲料。在常人看來,這是一個很簡單的任務,但是對她這樣一位重病人來說,近15年來卻無法完成。該項帶來奇跡的技術是-種名叫“大腦之門”(BrainGate)的“腦機介面系統”,其中“腦”一詞意指有機生命形式的腦或神經系統,而並非僅僅是抽象的“心智”(mind)。“機”意指任何處理或計算的設備,其形式可以是簡單電路或者矽晶片。醫學專家在凱西的大腦裏植入一塊小小的晶片,電腦解碼它發出的信號,由機器人手臂把她的想法付諸實施。

5月17日出版的《自然》雜誌(Nature)介紹了“大腦之門”,它能使得嚴重的癱瘓病人在三維空間中使用人腦控制的機器人裝置進行導向活動。在公佈的這項最新應用系統取得的成果中,凱西完成飲料送到嘴邊這一看似平凡但難度很大的任務便是第一批的例子。

“在實驗室裏,已經用猴子做了大量的實驗。但這是第一次表明,‘大腦之門’對患者能起到很好的幫助作用。”英國紐卡斯爾大學神經學家安德魯·傑克遜說,由他撰寫的關於“大腦之門”新發展的評論文章刊登在同一期的《自然》雜誌上。

傑克遜稱,“大腦之門”技術要進入臨床運用,仍然有很多工作要做。例如,在目前的設計中,位於病人大腦的微型感測器通過很不雅觀的電線附屬於一個微型電腦。因此,下一個目標是使系統不用電線。研究人員希望,“大腦之門”技術10年之內可以用於癱瘓和安裝了假肢的人,並且在經濟上讓他們負擔得起。最終,類似的技術也許能恢復不再工作的自然肢體的功能。

“大腦之門”試驗由馬薩諸塞州羅德島普羅維登斯布朗大學神經學家利·霍茨伯格主持,他展望道:“作為最終目標,這項研究希望有一天能把大腦和肢體連接起來。”

在目前的“大腦之門”應用系統中,植入病人運動皮層的是一個阿司匹林藥片大小的矽感測器。在大腦的這個區域,神經元以與身體部位對應的地圖形式分佈。包含96個電極的感測器植入運動皮層幾毫米深的“手臂”部位。來自感測器的細導線通往皮膚下麵便士大小的基座,該基座與頭頂上的插頭連接,插頭的線接到一臺電腦上。當凱西想移動她癱瘓的手臂時,精心設計的運算方法能解碼電極獲取的信號,將其轉換成機器人手臂執行的指令。

蒙特利爾大學神經科學家約翰·卡拉斯加指出,最新示範的動作雖然仍顯得很笨拙,但與以前用電腦螢幕游標來驅動的設想相比,向前邁進了一大步。神經學家約翰·多諾霍是“大腦之門”的最初開發者,他認為現在解碼大腦信號的技術有了長足的發展。研究團隊在繼續進行新的設計,以便把更多的功能融入到機器人的肢體中。“未來的工作是進一步改進機器人的四肢,增添更多的細枝末節,使得它們能像有神經的肢體一樣去完成任務。”多諾霍表示,“到時候,大腦只需要說‘把手伸出去取東西’就行了。” 李忠東
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