作者: 程唯珈 来源: 中国科学报 发布时间:2019-3-25
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推动大脑、机器与肌体的深度融合

 

■本报见习记者 程唯珈

当很多人对人工智能还懵懵懂懂时,一个被认为是人工智能下一个风口的“黑科技”——有望实现“人机共融”的脑—机接口技术已悄然来临。

什么是脑—机接口?脑—机接口主要是通过解码大脑活动信号获取思维认知等信息,实现人脑与外界直接交流,在医学康复领域的应用已逐步兴起。

它除了能帮助具有严重功能障碍的患者建立与外界的交流通道,还可将康复训练中很多的被动运动转换成患者的主动运动,实现大脑、机器与肌体的深度融合,靶向诱导并强化推动中枢神经可塑性变化,从而提高康复效果,克服传统康复手段被动单一的缺陷。

在国家自然科学基金委员会(以下简称自然科学基金委)重大研究计划“视听觉信息的认知计算”支持下,天津大学医学工程与转化医学研究院院长、天津神经工程国际联合研究中心主任明东带领团队突破了一系列基于脑—机—肌信息环路的卒中康复机器人基础理论与关键技术,有望帮助致残病人恢复正常生活、重建其对生活和康复的信心。

“我们整个项目研究工作紧密围绕面向高性能人机交互的训练型脑—机—肌协同交互信息环路模型,分别开展了脑—机、肌—机和脑—肌交互中的关键技术研究。”明东告诉《中国科学报》,在脑—机交互的神经信息学复合编解码技术研究中,团队实现了反应式、主动式、被动式的脑—机高效通信;在肌—机交互的神经肌骨动力学复合调控技术研究中,团队围绕神经肌骨动力学的精准调控问题,建立了电刺激条件下的多源信息复合模型,实现了康复过程中人体生理特征的协同分析与运动状态的安全监测;脑—肌交互的神经可塑性定量分析技术中,团队发明了基于时间序列的非线性动力学信息定量分析方法,开拓了神经系统重大疾病皮层信息传输功能定量表征的新途径。

“研究最大的亮点特色是提出了脑—机—肌信息交互环路的基本模型,发现了影响环路模型的三个关键要素,即信息识别准确性、人机交互时效性及反馈形式有效性,并在此基础上实现了大指令、精辨识、快通信、强交互的新型卒中康复临床应用。”他说。

脑卒中是世界致残率第一、严重危害人类生命健康的常见高发病,探索新型康复治疗机理与方法已成为世界范围,尤其是我国的健康医疗研究的关注焦点。依托该项目,课题组设计出人工神经康复机器人系统“神工一号”“神工二号”,并通过国家食品药品监督管理局检测,在天津市人民医院、天津市第一中心医院、山东省烟台市医院等多家三甲医院临床测试成功,受益患者三千余例,有力推动了新兴的脑—机交互技术在临床康复工程领域的发展与应用。

此次相关技术成果在航天领域也大有用武之地。团队与中国航天员中心合作,研制了空间站在轨脑—机交互技术试验系统,应用于2016年我国“天宫二号”和“神舟十一号”载人飞行任务,成功完成国际首次脑—机交互空间适应性测试。

明东告诉记者,未来的研究计划主要包括两个方面,一方面是科研成果的转化与落地,进一步完善助行人工神经康复机器人系统功能与外观设计,完成系列产品注册,实现大规模化临床示范应用。另一方面,团队将进一步探索脑卒中神经康复机制,发展新型智能生机交互与生机电一体化技术手段。

《中国科学报》 (2019-03-25 第4版 自然科学基金)
 
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