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中风患者的福音,用大脑意念就能控制动力服
中风患者的福音,用大脑意念就能控制动力服

大多数人可能不知道,每 6 个人中就有一个可能会中风;在瑞典,每年有 1 万 6,000 人中风,他们之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。这是传统物理治疗可以获得的疗效,而现在我们有了一个全新的选项──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,不论是物理治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,这对病患而言是很累的,因为他们要在往返物理治疗中心的路上耗费大量时间。

动力服摇身一变,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,相反地,我们要让这样的锻鍊融入到他们居家生活的各方面。」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,现有的动力服都太重了,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,达到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,它能把力量透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,这样力量就可以透过自行车闸线被转换到动力服上。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公升的矿泉水。

中风患者的福音,用大脑意念就能控制动力服探究大脑处理机制

大脑中到底有些什幺奥秘?在中风之后,大脑是如何将指令传递到手足的?Gassert 解释:「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,并将这个资讯传递到动力服,这个过程对治疗很有利。Gassert 说,很多研究显示经常性的锻鍊,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回馈。

为了更好地了解大脑处理机制,Gassert 与临床医生、神经学科学家和物理治疗师们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製大脑活动图。这项技术让他们有了一些新的领悟,fMRI 又贵又複杂,根本不适合用于物理治疗。「另外,它们也不便携」,Gassert 补充。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。比如,机器人技术专家已经发明了一个动力服,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,并用相关资料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动力服之间的互动联繫,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,那幺机器人装备可以做为伤口治疗的备选方案,为病患提供长期支援。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。

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