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2016-08-15

VR、外骨骼、脑机接口的完美结合,让瘫痪多年的患者重新活动起来

众所周知,除了军事用途之外,外骨骼系统还被应用在医疗领域,主要帮助老年人、残疾者的下肢、神经康复训练,帮助他们获得再次站立、行走的能力。

近日,据『科学报告』(Scientific Reports)刊登的一项报告显示,由杜克大学神经科学家 Miguel A. Nicolelis 领导的科学家和工程师团队,利用 VR + 外骨骼 + 脑机接口(brain-machine interfaces,也叫大脑端口)的方案,使得一组受到脊髓损伤的病患通过训练,获得行走能力的同时,还让腿部肌肉重新获得了触觉感受。

Miguel A. Nicole’s 领导的这个项目是「再次行走计划」(Walk Again Project)的其中一部分,该计划旨在让那些下半身瘫痪者或者中风患者重新站起来,以恢复独立生活的能力。团队表示,他们从 2013 年开始,就已经启动了这个项目,让 8 名患者加入了这场训练中,此次报告中展示了他们的成果。

「起初开展这个项目的时候,我们也没预料到有如此大的临床效果,这次的研究成果表明,利用脑机接口与 VR 、外骨骼这些结合起来的设备,瘫痪患者经过一段时间的训练后,可提高他们下肢的活动和感知能力,甚至能改善因瘫痪而导致的一些器官功能障碍,如大小便失禁等。而且到目前为止,没有任何方法能让完全瘫痪多年的患者重新活动起来。」Nicolelis 说道。

这套训练流程大致是,患者佩戴 Oculus Rift 、外骨骼、脑机接口这几样设备,在虚拟现实场景中想象自己行走的过程,脑机接口捕捉并提取相关的信号,指示机器外骨骼带动下肢运动,长期的反复训练让患者渐渐恢复行走和感知觉功能:

在这 8 名受训者里,一些患者经过 7 个月的训练后,身体机能就开始得到了变化,4 名患者在 1 年后,下肢感知能力和肌肉控制能力发生了显著的变化,从「完全瘫痪」转变成「部分瘫痪」。

另外,大部分患者发现他们的膀胱控制能力和肠道功能得到了改善,对通便剂和导管的依赖大大降低。Nicolelis 表示,这可降低瘫痪患者因感染而导致死亡的风险。

一位 32 岁的女患者更是觉得为自己的康复情况感到不可思议,13 年来,任何训练和设备都没能让她直立起来过。而接受了项目 13 个月的训练后,如今的她能靠安全背带自由的走动了。

早在 2014 年,类似这样的训练方法就曾出现在巴西世界杯开幕式上,当时一名男孩通过脑电波控制外骨骼走进了开幕式现场中。Nicolelis 的研究则更进了一步,他们的成果表明,长期的脑机结合技术能够让严重脊髓损伤患者重新恢复神经功能。

「一项早期的研究发现,大部分瘫痪患者的部分脊髓神经是完好的,与大脑之间信号中断后,信号则无法通过神经进行有效传达,通过脑机接口和外骨骼可将这些『沉睡』的神经重新激活,即使只有一小部分神经是完好无损的,通过这种训练,也可以使患者机体的部分功能得以恢复。」Nicolelis 说道。

在过去的 20 年中,Nicolelis 一直致力于建立并调教脑机接口,现已记录了数百种大脑神经信号,从那些看似「杂乱无章」的信号里,他提取了控制行动的信号,并利用这些信号成功地在外骨骼上重现了相应的动作。

在之前一次记者会上,Nicolelis 曾说过,改变病患的瘫痪状态并不是这项研究的目的。「我们的目标是打造义肢。」同时他还补充道:「经过六个月的训练和 2014 年的世界杯上的展示,我们才开始意识到这些患者的神经在慢慢康复。」Nicolelis 团队表示,他们正在考虑开发一款可以在家使用的设备,以提高便利性和降低用户医疗成本。

信息来源:NBC NEWSDuke Today

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