你还记得电影《阿凡达》中的这一幕吗?在潘多拉星上,下身瘫痪的前海军战士杰克·萨利躺在密封舱中,通过头上戴着的复杂设备,利用意念操控人造的混血阿凡达。同样,在电影《X战警》中,X教授能够阅读对方的思维和记忆,甚至用这种意念操控对方。
或许,你在想这都是导演虚构出来的,现实中根本不存在。不,利用“意念”来操控机械,已经不再是人类的空想。昨天,浙医二院神经外科和浙江大学求是高等研究院的“脑机接口临床转化应用课题组”发布,他们首次成功尝试用人的意念,让机械手完成“石头、剪刀、布”这一动作,这是我国首次用人的意念控制机械手,该项研究将为“渐冻人”、中风者等肢体瘫痪者,实现肢体活动带来希望。
通过人的意念机械手玩起“剪刀、石头、布”
动物对人类科研贡献巨大,去年科学界哪位动物明星最红?猴子“建辉”。浙江大学求是高等研究院科研人员给“建辉”脑部插上电极,连接电脑和机械手臂。面对杯子、盒子、圆圈等不同的物体,它能指挥机械手臂用抓、勾、握、捏四种不同的动作,将物品牢牢抓住。
“现在,我们已经能够让猴子通过意念抓住一个物体,准确地放到另一个地方,甚至避开一些障碍。”浙江大学求是高等研究院郑筱祥教授说。当然,这只是动物试验,科研成果的最终目的是应用于人类,上周浙二神经外科迎来了这样一个契机。
小刘,20来岁,已被癫痫折磨了10余年,现在每周要发作一两次,抗癫痫药物都用遍了,依然控制不了病情。在浙医二院癫痫中心,专家检查和评估后认为,需要在她颅内埋藏电极来进一步分析皮层脑电,找出癫痫灶部位,而其中一块4×8厘米大的电极需要覆盖大脑表面的运动感觉区。
专家觉得这是一个做“意念”试验的好机会,在征得患者和家属知情同意,医院伦理委员会的批准,不影响病人癫痫检测的情况下,用分线器将监测的脑电分出一路,连接到脑电信号分析仪上。脑电信号经解码处理后,再输入到机械手,从而控制其手指活动。
记者在视频中看到,当小刘出“剪刀”时,机械手也出“剪刀”;出“石头”时,机械手也出“石头”。在进一步实验中,研究人员还让机械手玩起了猜拳游戏,如小刘出“剪刀”,机械手出“石头”,直接打败小刘。这种准确度达到了80%左右。
用“意念”完成操控这要从大脑如何指挥人体说起
浙医二院神经外科张建民主任介绍,人脑皮层是人类最高级神经功能活动的区块,其中又根据所指导的功能类型不同分为若干个子区块。人脑皮层控制人的动作的子区块位于运动皮层。
当人脑产生做某一动作的想法时,这种想法会以电传导的方式在特定神经元细胞之间传导,并最终在运动皮层形成具有一定电信号特征的神经冲动,用来指导这一动作的信号发放,并通过神经纤维传导至手、脚等,完成动作的实现过程。因此,所谓的“意念”是指人脑产生做某种动作的神经电信号,并借助大脑神经网络的传输,指导肌肉完成相应的动作。
“意念”操控,就是利用人类的脑波操控。通俗地讲,人类在进行各项生理活动时都在发放脑电信号,如果用科学仪器测量大脑的电位活动,那么在荧幕上就会显示出波浪一样的图形,这就是“脑波”。脑波活动具有一定的规律性特征,和大脑的意识存在某种程度的对应关系。人在兴奋、紧张、昏迷等不同状态之下,脑电波的频率会有明显的不同,正是因为脑波具有这种随着情绪波动而变化的特性,人类对于脑波的开发利用成了可能。
电影《阿凡达》中所展现的实际上是一种叫做脑机接口的技术。再例如英国科学家“渐冻人”霍金,他现在只有眼睛能动,科学家就通过这种“眼动”,对信号进行分析,让霍金的思想能够实现表达。
渐冻人、中风偏瘫者等
有望借此技术
实现简单生活自理
通过以上解释,我们就不难理解,为什么小刘想着出“剪刀”,机械手就出“剪刀”。郑筱祥教授介绍,先要让小刘做40次“剪刀、石头、布”的动作,科研人员通过电极采集到这些脑电信号,然后分析出不同信号所代表的意思,完成神经信号“建模”。所以,当小刘想着“剪刀”时,电脑就可以通过神经解码,直接命名机械手,做出这个动作。
这项研究的迈进,给肢体瘫痪者带来了希望,如中风偏瘫者、“渐冻人”等。我国每年约有170万中风患者出现偏瘫等严重后遗症,导致生活不能自理。而“有话要说,只是说不出话来;很想吃东西,但是不能吞咽;头脑很清楚,但只有两眼会动”的“渐冻人”也约有6-8万。
不过,郑筱祥教授和张建民主任介绍,现在还有两个难点,一是国家有关部门还没有正式批准,这项研究在人类身上进行;二是机械手的先进性,还不能和国外的比,一些精细动作完成不了。
原标题: 我国首次用人的意念控制机械手
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