依靠介入頭部的 2 個(gè)傳感器，法國(guó)里昂的一名癱瘓男子 Thibault 實(shí)現(xiàn)了操控外骨骼裝備來(lái)助力行走。

　　科學(xué)家將 2 個(gè)植入物放置在 Thibault 大腦表面的運(yùn)動(dòng)控制部位，每個(gè)植入物有 64 個(gè)電極，同時(shí)有軟件可以將電極讀取的腦電波轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)指令。

　　10 月 3 日，法國(guó)格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)教授 Alim-Louis Benabid 將這個(gè)研究發(fā)表在《柳葉刀-神經(jīng)生物學(xué)》（The Lancet Neurology）上。

一、71% 解碼成功率

　　4 年前，Thibault 從一個(gè)夜總會(huì) 15 米高的陽(yáng)臺(tái)掉下來(lái)，導(dǎo)致四肢癱瘓，之后的兩年他一直躺在醫(yī)院的病床上。2017 年，他接受了法國(guó) Clinatec 公司與格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)的外骨骼研究實(shí)驗(yàn)。

　　最初他在視頻游戲里訓(xùn)練控制虛擬角色，之后穿上這套外骨骼裝備最終實(shí)現(xiàn)了行走。

　　這個(gè)研究在 2017 年 6 月 12 日到 2019 年 7 月 21 日期間進(jìn)行。經(jīng)過(guò) 20 多個(gè)月各種類(lèi)型訓(xùn)練，Thibault 已經(jīng)可以憑借大腦信號(hào)控制這個(gè)外骨骼裝備，并可以實(shí)現(xiàn)緩慢行走以及暫停。當(dāng)他想走路時(shí)，這個(gè)外骨骼機(jī)器人就會(huì)發(fā)生一系列動(dòng)作，讓他的雙腿向前移動(dòng)。他還可以控制手臂自由活動(dòng)。只是從大腦發(fā)出指令到實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)有 350 毫秒的時(shí)差，否則系統(tǒng)就難以控制了。

Thibault 在穿戴外骨骼后行走。來(lái)源：FONDS DE DOTATION CLINATEC

Thibault 在控制手臂運(yùn)動(dòng)。來(lái)源：FONDS DE DOTATION CLINATEC

　　這套設(shè)備是一種吊裝式的安全行走系統(tǒng)，看起來(lái)像一套游戲裝備，它能夠提供長(zhǎng)時(shí)間的高分辨率腦電記錄，并將運(yùn)動(dòng)意圖進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼。

　　30 歲的 Thibault 表示，對(duì)于他這個(gè)兩年不能走路的癱瘓患者，如今他行走的時(shí)候感覺(jué)就像阿姆斯特朗在月球漫步。

　　這套設(shè)備重達(dá)65 公斤，所以尚無(wú)法讓患者實(shí)現(xiàn)完全自主運(yùn)動(dòng)。四肢癱瘓的患者直立行走有困難，他需要安全保障設(shè)備吊在天花板上，以避免跌倒。這也是這套裝備還不能走出實(shí)驗(yàn)室的主要原因。

　　Thibault 在視頻游戲里的成功率為64%，現(xiàn)實(shí)中使用這套裝備碰觸目標(biāo)的成功率為71%。如今，研究人員計(jì)劃讓 Thibault 訓(xùn)練用手指抓取物體。

二、半侵入式的腦機(jī)接口

　　神經(jīng)外科醫(yī)生 Alim-Louis Benabid 是 Clinatec 公司的創(chuàng)始人之一，他希望這家創(chuàng)辦于 2006 年的公司能夠幫助那些四肢癱瘓的患者、神經(jīng)退行性疾病患者以及預(yù)后不良的癌癥患者。

Thibault 大腦表面兩側(cè)放置了 2 個(gè)植入物，可讀取控制運(yùn)動(dòng)的腦電信號(hào)。來(lái)源：FONDS DE DOTATION CLINATEC

每個(gè)植入物有 64 個(gè)電極，可讀取大腦運(yùn)動(dòng)指令。來(lái)源：FONDS DE DOTATION CLINATEC

　　他們給 Thibault 使用的電極不刺入大腦。這種硬膜外皮質(zhì)腦電（ECoG）具有半浸潤(rùn)性，解碼模型可以每 7 周校準(zhǔn)一次。這套系統(tǒng)是無(wú)線控制，顱骨植入式，且具備長(zhǎng)期生物相容性。

　　這套外骨骼是一個(gè)機(jī)器人神經(jīng)假體，具有 4 個(gè)可穿戴且完全機(jī)動(dòng)化的肢體，有 14 個(gè)關(guān)節(jié)。患者身負(fù)一個(gè)背包計(jì)算機(jī)來(lái)接受皮質(zhì)腦電信號(hào)，后者被解碼為一維、二維或三維的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。后者每 100 毫秒就被發(fā)射到外骨骼控制器，轉(zhuǎn)換為運(yùn)行指令，從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。只是這套系統(tǒng)沒(méi)有平衡裝置，因此需要天花板上的裝置來(lái)防止跌倒。

　　Thibault 的手術(shù)是在全麻狀態(tài)下進(jìn)行的，這是一個(gè)半侵入式的手術(shù)：5 厘米直徑的顱骨切開(kāi)術(shù)，電極在大腦硬膜外放置可防止顱內(nèi)感染，大腦無(wú)電極穿透，無(wú)線信號(hào)傳輸。

　　研究人員本來(lái)招募了 2 名受試者，其中一名受試者在植入物放置激活后很快中斷了通訊，于是退出了測(cè)試。只有 Thibault 完成了測(cè)試。

　　專(zhuān)訪美國(guó)從事康復(fù)醫(yī)學(xué)研發(fā)的博士林方：這是高位截癱患者的福音

　　DeepTech：這個(gè)外骨骼設(shè)備看起來(lái)比較笨重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有科幻中的便捷，那么怎么評(píng)價(jià)它在臨床上的突破？

　　林方：科幻中的外骨骼，比如說(shuō)鋼鐵俠那樣的，基本上是生物學(xué)上的外骨骼含義，類(lèi)似螃蟹的殼，鋼鐵俠的外骨骼就是殼。

　　而設(shè)計(jì)來(lái)幫助增強(qiáng)人體功能的外骨骼，也就是這篇論文里報(bào)道的這種，雖然也會(huì)有可穿戴性，和殼的概念是完全不同的。這種叫 powered exoskeleton，即有動(dòng)力的外骨骼。這種外骨骼不可能是殼的形狀，而是由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)來(lái)完成或輔助完成人體本來(lái)的運(yùn)動(dòng)功能。

　　論文報(bào)道的外骨骼確實(shí)也比康復(fù)醫(yī)學(xué)中已經(jīng)應(yīng)用的幾種外骨骼系統(tǒng)更為笨重，主要是這個(gè)系統(tǒng)針對(duì)的是高位截癱病人，比如報(bào)道中的 Thibault 是自肩膀以下癱瘓，這樣的截癱屬于四肢癱瘓，連手臂都不能發(fā)力，所以給他們用的外骨骼系統(tǒng)必須提供可靠的直立支撐功能，而不像其它一些系統(tǒng)比如 SuitX’s Phoenix 那樣輕巧，后者是給上肢功能齊全可以使用手杖支撐身體直立的下肢癱瘓患者。

　　DeepTech：與其他腦機(jī)接口研究相比，這個(gè)研究在臨床上最大的優(yōu)勢(shì)是什么？

　　林方：該研究的突破在于使用了更先進(jìn)的腦機(jī)接口技術(shù)以及整個(gè)外骨骼系統(tǒng)控制的訓(xùn)練方式。

　　之前康復(fù)用的外骨骼是肌電信號(hào)控制，而這個(gè)研究里使用了腦機(jī)接口（也許不是首次），也就是依靠使用者的意念來(lái)控制外骨骼的動(dòng)作。其突破具體而言，一是使用了皮層表面電極而不是腦組織的刺入式電極，二是植入了兩組電極可以控制身體的雙側(cè)也就是四肢，三是皮層電信號(hào)的傳輸是無(wú)線的。

　　其訓(xùn)練方式是循序漸進(jìn)的，基本上是讓病人從控制單一自由度的肢體運(yùn)動(dòng)開(kāi)始慢慢進(jìn)展到可以控制 8 個(gè)自由度。

　　另外據(jù)論文報(bào)道，已經(jīng)訓(xùn)練定標(biāo)好的控制模型，可以長(zhǎng)達(dá) 7 周不需要重新訓(xùn)練定標(biāo)。

　　該研究的臨床優(yōu)勢(shì)是，電極不刺入腦組織和無(wú)線傳輸信號(hào)，侵入性低，創(chuàng)傷小也更不容易感染。同時(shí)，7 周不需要重新訓(xùn)練定標(biāo)，降低了病人和治療師的負(fù)擔(dān)。

　　DeepTech：這個(gè)設(shè)備在虛擬游戲中的成功率為 64%，在實(shí)驗(yàn)室中成功率 70.9%，那么是哪些因素影響到設(shè)備操控的成功率？

　　林方：很多因素。皮層電信號(hào)的質(zhì)量、解讀的準(zhǔn)確性（牽涉到使用什么模型來(lái)解碼）、控制系統(tǒng)的魯棒性等等。

　　還有一個(gè)方面也是不可忽略的，就是病人一旦可以操控外骨骼系統(tǒng)行走和做各種日常活動(dòng)（盡管仍然是比較簡(jiǎn)單的），也就是說(shuō)把外骨骼系統(tǒng)當(dāng)成其身體的一部分了，而大腦有可塑性，會(huì)不會(huì)因此而使大腦的神經(jīng)運(yùn)動(dòng)控制方式發(fā)生變化，所以解碼/控制系統(tǒng)的調(diào)整也不可能完全一調(diào)定終生，必須適時(shí)調(diào)整。目前是 7 周之后需要調(diào)整，那么將來(lái)呢？所以什么時(shí)候需要調(diào)整也是個(gè)非常有意思的研究問(wèn)題。

　　DeepTech：外骨骼設(shè)備的思路是不是目前最適合幫助癱瘓患者的？

　　林方：不一定。如何幫助癱瘓的殘障人士需要具體分析他們失去了什么功能，身體還余留了什么樣的功能，他們的康復(fù)目標(biāo)是什么，這樣才能具體明白每個(gè)殘障人士需要什么樣的幫助。外骨骼設(shè)備僅僅是選擇之一而已，盡管是現(xiàn)在比較熱門(mén)的方面。‍