中风患者的重大利好用大脑意念就能控制外骨骼

大多数人可能不知道，每六个人中就有一个可能会中风；在瑞典，每年有一万六千人中风，他们中的三分之二手臂会瘫痪。拓展训练能让病患们重获控制手臂和手的能力，当然，大脑的受损程度直接影响了康复程度。这是传统理疗能力的可以获得的疗效，而目前我们有了一个全新的备选项——机器人。

苏黎世联邦理工学院的教授Roger Gassert研发了一系列能够训练手臂功能的机器人技术设备，它们可以成为中风患者康复治疗的一部分。然而，不论是理疗还是机器人辅助的治疗，疗程都是由每天一到两节训练课程组成的，这对病患而言是很心累的，因为他们要在往返理疗中心的路上耗费大量时间。

外骨骼摇身一变，成为训练型机器人

“我的观点是，不要让病患们专程来到诊所中进行康复性训练，相反，我们要让这样的锻炼融入到他们居家生活的点点滴滴，方方面面。”Gassert表示，这是他与日本九州大学的Jumpei Arata教授交流后得到的想法（Arata曾于2010年学术假期期间，在Gassert的实验室工作过）。

“第一，现有的外骨骼都太重了，这让病患们很难举起他们的手；第二，他们也很难感知物体的存在；第三，想要抓取物体的时候，他们不知道到底该出几分力气。所以，我们想要发明一个模型，让他们的手掌更自由，这样他们就可以完成日常的各种任务，实现运动功能和体觉功能。” Gassert说。针对这个问题，Arate发明了一个手指三重钢板弹簧。发动机在中间的弹簧移动，它能把力量通过另外两个弹簧传输到手指的各个部位。如此一来，手指可以自动适应物体的形状，方便患者抓取物体。

但是，这个集成动力设置会将外骨骼的重量增加到250克，这在临床试验中对病患而言已经非常重了。解决这个问题的方法是，把发动机改装到病患的后背上，这样力量就可以通过自行车闸线被转换到外骨骼上。手部装置模型的重量不到120克，但它坚固到可以提起一瓶一升的矿泉水。

探究大脑处理机制

大脑中到底有些什么奥秘？在中风之后，大脑是如何将指令传递到手足的？Gassert解释道：“病情严重者的大脑和手部的连接已经被严重破坏，所以我们需要帮助他们将指令自然而然地传递到机器人装置。”也就是说，他们要察觉到病患大脑中移动手部的意图，并将这个信息传递到外骨骼，这个过程对治疗很有利。Gassert说，很多研究显示经常性的锻炼有可能加强手脑间现有的神经连接，而其中一个要点是，当大脑发出移动指令时，它能接受手部传来的体觉反馈。

为了更好地了解大脑处理机制，Gassert与临床医生、神经学科学家和理疗师们一起展开了一项重要研究。在这项研究中，研究者们运用了各种可视影像技术，比如功能性磁共振成像（fMRI），它能够帮助科学家们绘制大脑活动图。这项技术让他们有了一些新的领悟，fMRI又贵又复杂，根本不适合用于理疗。“另外，它们也不便携”，Gassert补充道。所以，他开始想要运用一些更简单的技术，比如脑电图学以及功能近红外光谱系统（fNIRS），它们在同类技术中是最便宜的。目前，Gassert正在研究fNIRS的实际应用，这就更具挑战性了。

另一些基本见解

此处还有一个问题：我们还没有完全明白大脑是如何控制四肢，让它们与周遭环境进行互动的。“机器人技术对基本性研究做出了重大贡献。”Gassert解释道。比如，机器人技术专家已经发明了一个外骨骼，它能在人们行走的过程中，在200毫秒内限制膝关节的活动，并将自由度提高五度。有了感应器的帮助，科学家们可以测量这个过程中涉及到的各种力，并用相关数据推测大脑是如何调整膝关节的僵硬程度的。这项发明可以应用到对新型活动性假体的控制中。

如果科学家们成功建立了大脑和外骨骼之间的互动联系，就可以研发出适用于治疗的装备了。但如果创伤是永久性的，那么机器人装备可以作为创口治疗的备选方案，为病患提供长期支持。然而，如果中风患者们期待能实现相当可观的康复，那机器人辅助治疗绝对是不二之选。

via Ethz