我國首次用人的意念控制機(jī)械手

你還記得電影《阿凡達(dá)》中的這一幕嗎？在潘多拉星上，下身癱瘓的前海軍戰(zhàn)士杰克·薩利躺在密封艙中，通過頭上戴著的復(fù)雜設(shè)備，利用意念操控人造的混血阿凡達(dá)。同樣，在電影《X戰(zhàn)警》中，X教授能夠閱讀對(duì)方的思維和記憶，甚至用這種意念操控對(duì)方。

或許，你在想這都是導(dǎo)演虛構(gòu)出來的，現(xiàn)實(shí)中根本不存在。不，利用“意念”來操控機(jī)械，已經(jīng)不再是人類的空想。昨天，浙醫(yī)二院神經(jīng)外科和浙江大學(xué)求是高等研究院的“腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用課題組”發(fā)布，他們首次成功嘗試用人的意念，讓機(jī)械手完成“石頭、剪刀、布”這一動(dòng)作，這是我國首次用人的意念控制機(jī)械手，該項(xiàng)研究將為“漸凍人”、中風(fēng)者等肢體癱瘓者，實(shí)現(xiàn)肢體活動(dòng)帶來希望。

通過人的意念 機(jī)械手玩起“剪刀、石頭、布”

動(dòng)物對(duì)人類科研貢獻(xiàn)巨大，去年科學(xué)界哪位動(dòng)物明星最紅？猴子“建輝”。浙江大學(xué)求是高等研究院科研人員給“建輝”腦部插上電極，連接電腦和機(jī)械手臂。面對(duì)杯子、盒子、圓圈等不同的物體，它能指揮機(jī)械手臂用抓、勾、握、捏四種不同的動(dòng)作，將物品牢牢抓住。

“現(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠讓猴子通過意念抓住一個(gè)物體，準(zhǔn)確地放到另一個(gè)地方，甚至避開一些障礙。”浙江大學(xué)求是高等研究院鄭筱祥教授說。當(dāng)然，這只是動(dòng)物試驗(yàn)，科研成果的最終目的是應(yīng)用于人類，上周浙二神經(jīng)外科迎來了這樣一個(gè)契機(jī)。  

小劉，20來歲，已被癲癇折磨了10余年，現(xiàn)在每周要發(fā)作一兩次，抗癲癇藥物都用遍了，依然控制不了病情。在浙醫(yī)二院癲癇中心，專家檢查和評(píng)估后認(rèn)為，需要在她顱內(nèi)埋藏電極來進(jìn)一步分析皮層腦電，找出癲癇灶部位，而其中一塊4×8厘米大的電極需要覆蓋大腦表面的運(yùn)動(dòng)感覺區(qū)。

專家覺得這是一個(gè)做“意念”試驗(yàn)的好機(jī)會(huì)，在征得患者和家屬知情同意，醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，不影響病人癲癇檢測(cè)的情況下，用分線器將監(jiān)測(cè)的腦電分出一路，連接到腦電信號(hào)分析儀上。腦電信號(hào)經(jīng)解碼處理后，再輸入到機(jī)械手，從而控制其手指活動(dòng)。

記者在視頻中看到，當(dāng)小劉出“剪刀”時(shí)，機(jī)械手也出“剪刀”；出“石頭”時(shí)，機(jī)械手也出“石頭”。在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中，研究人員還讓機(jī)械手玩起了猜拳游戲，如小劉出“剪刀”，機(jī)械手出“石頭”，直接打敗小劉。這種準(zhǔn)確度達(dá)到了80%左右。

用“意念”完成操控 這要從大腦如何指揮人體說起

浙醫(yī)二院神經(jīng)外科張建民主任介紹，人腦皮層是人類最高級(jí)神經(jīng)功能活動(dòng)的區(qū)塊，其中又根據(jù)所指導(dǎo)的功能類型不同分為若干個(gè)子區(qū)塊。人腦皮層控制人的動(dòng)作的子區(qū)塊位于運(yùn)動(dòng)皮層。

當(dāng)人腦產(chǎn)生做某一動(dòng)作的想法時(shí)，這種想法會(huì)以電傳導(dǎo)的方式在特定神經(jīng)元細(xì)胞之間傳導(dǎo)，并最終在運(yùn)動(dòng)皮層形成具有一定電信號(hào)特征的神經(jīng)沖動(dòng)，用來指導(dǎo)這一動(dòng)作的信號(hào)發(fā)放，并通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)至手、腳等，完成動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)過程。因此，所謂的“意念”是指人腦產(chǎn)生做某種動(dòng)作的神經(jīng)電信號(hào)，并借助大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，指導(dǎo)肌肉完成相應(yīng)的動(dòng)作。

“意念”操控，就是利用人類的腦波操控。通俗地講，人類在進(jìn)行各項(xiàng)生理活動(dòng)時(shí)都在發(fā)放腦電信號(hào)，如果用科學(xué)儀器測(cè)量大腦的電位活動(dòng)，那么在熒幕上就會(huì)顯示出波浪一樣的圖形，這就是“腦波”。腦波活動(dòng)具有一定的規(guī)律性特征，和大腦的意識(shí)存在某種程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。人在興奮、緊張、昏迷等不同狀態(tài)之下，腦電波的頻率會(huì)有明顯的不同，正是因?yàn)槟X波具有這種隨著情緒波動(dòng)而變化的特性，人類對(duì)于腦波的開發(fā)利用成了可能。

電影《阿凡達(dá)》中所展現(xiàn)的實(shí)際上是一種叫做腦機(jī)接口的技術(shù)。再例如英國科學(xué)家“漸凍人”霍金，他現(xiàn)在只有眼睛能動(dòng)，科學(xué)家就通過這種“眼動(dòng)”，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，讓霍金的思想能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)。

漸凍人、中風(fēng)偏癱者等

有望借此技術(shù)

實(shí)現(xiàn)簡單生活自理

通過以上解釋，我們就不難理解，為什么小劉想著出“剪刀”，機(jī)械手就出“剪刀”。鄭筱祥教授介紹，先要讓小劉做40次“剪刀、石頭、布”的動(dòng)作，科研人員通過電極采集到這些腦電信號(hào)，然后分析出不同信號(hào)所代表的意思，完成神經(jīng)信號(hào)“建模”。所以，當(dāng)小劉想著“剪刀”時(shí)，電腦就可以通過神經(jīng)解碼，直接命名機(jī)械手，做出這個(gè)動(dòng)作。

這項(xiàng)研究的邁進(jìn)，給肢體癱瘓者帶來了希望，如中風(fēng)偏癱者、“漸凍人”等。我國每年約有170萬中風(fēng)患者出現(xiàn)偏癱等嚴(yán)重后遺癥，導(dǎo)致生活不能自理。而“有話要說，只是說不出話來；很想吃東西，但是不能吞咽；頭腦很清楚，但只有兩眼會(huì)動(dòng)”的“漸凍人”也約有6-8萬。

不過，鄭筱祥教授和張建民主任介紹，現(xiàn)在還有兩個(gè)難點(diǎn)，一是國家有關(guān)部門還沒有正式批準(zhǔn)，這項(xiàng)研究在人類身上進(jìn)行；二是機(jī)械手的先進(jìn)性，還不能和國外的比，一些精細(xì)動(dòng)作完成不了。