通過神經(jīng)信號來幫助殘疾人士(本文特指下肢截肢人士)控制假肢的設(shè)想又多了一些可能性。
近日研究人員發(fā)現(xiàn)，在物理療法的幫助下，實驗對象利用神經(jīng)控制方法完成的動作數(shù)量超乎科學(xué)家們之前想象。
在發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象之前，該研究團隊一直在開發(fā)下半身外骨骼，用于幫助殘疾人士行走。不過，他們所開發(fā)的設(shè)備本質(zhì)上是可行走機器人，殘疾人士可將其綁在腿上，然后進行移動。
通常來說，這些外骨骼(可行走機器人)可以自動執(zhí)行諸如步行之類的預(yù)編程循環(huán)運動。如果在幫助殘疾人士進行更復(fù)雜的活動，研究人員希望殘疾人士能夠通過思想來控制這些設(shè)備，例如，依賴附著在腿部的傳感器來實現(xiàn)，這些傳感器可以檢測從大腦發(fā)送到肌肉的生物電信號，并發(fā)出移動的指令。
當然了，目前看來，上述操作還屬于一種理想狀態(tài)。
北卡羅萊納州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師、該研究的資深作者 Helen Huang 表示：
完成走路這樣簡單的動作而言，機器進行自主控制的效果會很好，但如果涉及到的動作不僅僅是走路，比如打網(wǎng)球或即興舞蹈時，能夠有神經(jīng)控制的幫助就好了。
不過，目前由腦信號來實現(xiàn)對機器人假肢的控制還存在需要解決的問題，其中就包括如何幫助殘疾人士的神經(jīng)系統(tǒng)去激活和控制他們?nèi)匀淮媪粼谥w中的肌肉。
“在(截肢)手術(shù)過程中，肌肉的原始結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。”Helen Huang 進一步解釋說，“我們發(fā)現(xiàn)，激活這些殘留的肌肉相對簡單，但是它們收縮的方式與身體健全的人不同，因此殘疾人士需要接受訓(xùn)練，從而學(xué)會如何更好地控制這些肌肉。”
在這項新研究中，Helen Huang 和同事為一名截肢志愿者在理療師的指導(dǎo)下練習使用神經(jīng)控制來做動力假肢踝關(guān)節(jié)的訓(xùn)練，這種訓(xùn)練對于假肢來說是極具挑戰(zhàn)性的。因為假肢需要從控制踝關(guān)節(jié)運動的肌肉接收生物電信號。
這位 57 歲的志愿者失去了左小腿中部以下的肢體，包括腳踝。他在兩個半星期的時間內(nèi)與物理治療師進行了五次練習，每次練習持續(xù)約兩個小時。而物理治療師會幫助志愿者提供有關(guān)關(guān)節(jié)活動的反饋，并且在關(guān)節(jié)運動練習之后，幫助志愿者進行全身運動和全身協(xié)調(diào)。
在通過培訓(xùn)后，志愿者就可以做出他以前認為困難的各種動作，其中包括在不借助外力的情況下從端坐到站立的動作或是蹲著撿地面的某樣?xùn)|西。
此外，畢竟腿部佩戴假肢機器人的截肢者站立時通常穩(wěn)定性較差，因為機器很難預(yù)測外界干擾，也很難預(yù)測截肢者會用何種方式來彌補這種干擾。
北卡羅萊納州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師，該研究的第一作者 Aaron Fleming 說：“站立時所呈現(xiàn)的穩(wěn)定性以及對動作的微妙控制都令人驚訝。”
眼下，研究人員的目標是對更多的機器人假肢的患者進行檢查，并幫助他們進行更多的任務(wù)(例如避開障礙物)測試。他們還想調(diào)查當這些志愿者身處這樣的訓(xùn)練中。神經(jīng)系統(tǒng)可能在做什么，比如是否正在恢復(fù)原始的神經(jīng)通路。
