用“意念控制”帮患者进行康复训练
“脑机交互”跑出实验室

2018-07-19来源:中青在线 作者:孙海华

  “如何将这些最新的研究成果应用到现实生活中,是我们一直在做的事。”在西安交通大学实验室里,机械工程学院智能检测与仪器研究所所长徐光华教授对中国青年报·中青在线记者说。

  在他身边,摆置运行着的是颇有神秘感的各种“脑控人机交互设备”——可以用意念指挥的轮椅、拐杖,靠眼睛控制的拼写设备,以及主动捕捉大脑意识即可指挥机械运行,帮助脑卒中患者康复的训练设备。

  在前不久举办的“联想高校AI精英挑战赛”中,这个“脑控人机交互及康复训练系统”大显身手,一举斩获全国总冠军。

  脑机接口,让意念控制不再科幻

  “简单说,脑控就是传说中的‘意念控制’。”徐光华介绍,它是通过“脑机接口”对脑电波进行捕捉,实现人机交互的一种技术,“脑机接口”是将人和机器连接起来的一条通路。

  在实验室,团队成员为记者演示了用于脑卒中后遗症患者康复训练的系统:一个虚拟人物在屏幕上向前方走动,这样的运动场景即可刺激脑患者的运动感知神经,诱发其跟随走动的意念。

  对正常人群来说,这样的意念会通过他们的运动中枢神经,进一步刺激运动控制神经,从而进行自主行动。但对于脑卒中后遗症患者,这样的通路显然已受到一定损伤。

  这时,脑机接口的作用就会显现出来:通过脑机接口,运动意念会被捕捉出来,传导并指挥配套的康复床开始机械运行,以此来带动患者的肢体运动,从而实现主、被动的协同训练。

  这样的肢体运动,又会反过来刺激患者大脑内的运动感知和运动控制神经,使其主动康复的意愿越来越强,在最大程度上实现对神经的激发、重塑,使受损神经得到有效康复,直至帮助患者恢复行走能力。

  在业界看来,这样的脑机交互康复系统有着极强的产业化价值。

  我国脑卒中发病率正在以每年近9%的速度增加。这意味着,我国每年新发病例约有150万~200万人。到2030年,国内脑卒中患者将达3177万人。除此之外,每年新增的需要康复训练的老年人、残疾人也有约500万人。

  由此反观我国目前所采用的传统康复方式,如针灸、按摩、被动训练等,大多比较被动,很难唤起患者主动的运动意念,也容易因疲劳产生抗拒心理。也正因如此,国内脑卒中后遗症患者的治愈率不到50%。

  在这种情况下,能够调动主被动协同训练、被称为新型康复方法的“脑机交互康复训练系统”,就拥有了无可比拟的技术优势和广阔市场前景。

  徐光华说,经过一年多的医院对照实验,使用脑控康复床进行训练的患者,康复效果明显优于传统训练患者:不仅训练效果提升了20%,认知能力也得到大幅度改善。

  产业化需求贯穿研发过程

  事实上,从2000年由徐光华指导的“智能检测与脑控交互团队”成立,成果的产业化思考和实践就一直贯穿始终。

  “给机器看病”是30年来徐光华一直从事的专业——就是为运行中的机械设备进行诊断分析。2000年前后,机械检测诊断学科进入低潮时期,“需要考虑探索一些新的方向。”

  作为高校团队,科研方向的选择须考虑“3线交叉”:属于国家重点需求,具有可观的经济价值和学术研究价值。“脑机接口和人机交互研究”进入徐光华的视野。

  “这是一个前沿领域,国内外从事相关研究的很少,且都只是一些初期探索。”而其研究路径,也大都基于信号处理、模识别、人工智能等方法,“恰好与我们之前的机械专业研究范围部分交叉。”

  从脑电信号处理入手,徐光华团队开始向脑机接口领域进军。“作为工科研究,产业化是其先导核心,而产业化的前提无疑是要面向实际需求、注重应用。”

  “睿眼随心”是团队的一项重点成果。针对渐冻症患者,机械学院研究生王浩冲在徐教授指导下,创立了“睿眼随心”创业团队。

  所谓“睿眼随心”,是指用眼睛来表达心意。它如何实现?人脑中,脑电信号十分微弱,且噪声干扰强,很难识别读取。采用视觉运动诱导的方法后,患者只要戴上一顶布有若干电子传感器的帽子,看着一定频率的刺激范式,就会产生能够被采集、分析的脑电波。通过电脑算法,脑电波被进一步处理,就能实现语音输出。

  从“睿眼随心”到脑控轮椅、脑控键盘、脑控鼠标,被形象称为“渐冻人套餐”的这一系列成果,不仅入驻国家级创客空间,进行创业孵化,还与相关协会合作,展开了临床应用试点。不断的尝试也为团队日后选定的“脑控人机交互及康复训练系统”的产业化应用探明了道路。

  模式探索,科研转化面临更大挑战

  2010年前后,“脑机接口”热度大增,“团队也先后拿回多项权威赛事大奖,技术达到了国内领先水平。”但在徐光华看来,团队正在进行一场更大的挑战——对高校成果的产业化,进行一次模式探索。

  “一项科研成果,从高校到市场,尚缺乏有效的技术转化途径。”高校里的教授,很难自己去做公司,时间、精力上不允许,搞不好很容易造成科研、市场的“双输”。同时,知识产权利用分享机制的缺失,也使高校很难与社会公司实现“交底”合作。

  高校有学生、原创技术,再结合社会资源,三者的结合能否给出最佳解题方式?徐光华认为,学生富有激情,且硕士、博士都对专业技术有着深入理解和掌握。学校的科研力量,在后期发展上可以做一定支撑。而社会力量,可以提供资金、管理、市场的全方位扶持。

  应用领域的进一步扩大,正为“脑机交互”产业化提供更为广阔的空间。在美国,甚至已有科学家开始研究如何利用脑机交互,提高正常人群的学习能力和效果。“这样的研究方向,已不只是针对个体,而是会影响整个人类的学习和认知。”

  而对交大团队的每一位成员来说,“将一个想法从实验室应用到生活中,都是更全面的锻炼和更艰巨的挑战。”目前,“脑控交互与康复机器人项目”团队已具备创业团队的雏形——“技术支撑由校方的‘创新团队’提供;资金、管理、市场由‘创业团队’来做。”这里所指的“创业团队”是创新团队在与联想创投全面合作后,新组建的一支具有市场化思维、商业化运作模式的全新团队。

  “联想创投的加入,不仅为我们的创新团队提供了资金支持,更重要的是带来了前所未有的商业化思考和市场资源支持。”徐光华告诉记者,联想创投力推的“大健康计划”,及其拥有的多家机器人公司等资源链条,无疑为项目转化提供了强有力的支撑。

  目前,创业团队已着手展开管理、市场类人才的招募。公司“臻泰智能科技”的正式注册也在紧锣密鼓进行。

 

【责任编辑:贾志强】

版权声明:凡本网文章下标注有版权声明的均为中青在线合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得使用。违者本网将依法追究法律责任。如需授权,点击
H5频道
图片阅读
今日热点