基本介紹
- 中文名：神工一號
- 類型：意念控制機器人
- 產地：中國
- 名稱取義：鬼斧神工
技術原理,組成結構,相關報導,相關信息,康復治療,
技術原理
腦控機械外骨骼是利用被動機械牽引，非肌肉主動收縮激活。而“神工一號”則利用神經肌肉電刺激，模擬神經衝動的電刺激引起肌肉產生主動收縮，帶動骨骼和關節產生自主動作，與人體自主運動原理一致。這一點對於病人來說意義重大，他們藉助“神工一號”不僅能夠完成相應動作，還能加快康復進程。
神工一號
神工一號組成結構
該系統包括無創腦電感測模組、想像動作特徵檢測模組、運動意圖識別模組、指令編碼接口模組、刺激信息調理模組、刺激電流輸出模組6部分。體驗者需要把裝有電極的腦電探測器戴在頭部，並在患病肢體的肌肉上安裝電極。其中，“腦-機接口”可以無創讀取腦電信息，不再需要把晶片植入到大腦或者脊髓中，就可以較為準確地讀取人的意念。
相關報導
項目主要負責人、天津大學精儀學院教授明東在介紹相關情況。
巴西世界盃開幕式上，患有截癱的巴西青年諾平托在腦控機械外骨骼技術的幫助下，為世界盃開球。類似“神奇”一幕在我國天津再次上演。
14日，在天津大學和天津市人民醫院共同舉辦的“純意念控制”人工神經康復機器人系統發布會上，因中風導致偏癱的董阿姨通過“想”，就能“指揮”無法動作的肢體“聽話”地完成相應動作。這是全球首台“純意念控制”人工神經機器人。
擁有23項國家發明專利
天津大學神經工程研究團隊和天津市人民醫院聯合研製的這項最新研究成果將會讓更多的中風、癱瘓人士重新獨立生活。
這一歷時10年的技術，是國家“863計畫”“十二五”國家科技支撐計畫和國家優秀青年科學基金重點支持項目，在複合想像動作信息解析與處理、異步腦—機接口訓練與識別、皮層—肌肉活動同步耦合最佳化、中風后抑鬱腦電非線性特徵提取與篩查等關鍵技術上取得了重大突破，目前已擁有包括23項授權國家發明專利、1項軟體著作權在內的自主智慧財產權集群，是適用於全肢體中風康復的“純意念控制”人工神經機器人系統。
中風偏癱或者截癱的患者是因為中樞神經（比如腦部）或者周邊神經（比如四肢）受損，神經通路受阻，大腦無法發出正確指令，或者指令無法傳輸到周邊神經，進而無法“指揮”肢體肌肉收縮，無法正常行動。
“我們的工作就是要正確、快速解碼腦部信號，‘重塑’中樞神經，再仿生構築了一條完整的‘人工神經通路’，把人體受損的中樞神經和周邊神經連通起來。”項目主要負責人、天津大學精儀學院教授明東說。他說，我們給機器人系統起名為“神工一號”，取義“鬼斧神工”。
不再需要把晶片植入大腦
該系統包括無創腦電感測模組、想像動作特徵檢測模組、運動意圖識別模組、指令編碼接口模組、刺激信息調理模組、刺激電流輸出模組6部分。與在世界盃上亮相的腦控機械外骨骼相比，“神工一號”更能夠體現出“純意念”。體驗者把裝有電極的腦電探測器戴在頭部，並在患病肢體的肌肉上安裝電極，藉助“神工一號”的連線，就可以用“意念”來“控制”自己本來無法行動的肢體。
明東說，“意念控制”，其實可以看成外部設備讀懂大腦神經信號並且執行的過程。它需要首先提取體驗者的腦電數據，構建出帶有個體特徵的意念控制指令的“密碼本”。隨後通過腦電的異步“腦—機接口”技術模擬中樞神經通路、解碼體驗者的運動意念信息，進而驅動多級神經肌肉電刺激技術模擬周邊神經通路、從而刺激癱瘓肢體產生對應動作。
明東介紹，腦—機接口的作用是可以無創讀取腦電信息，不再需要把晶片植入到大腦或者脊髓中，就可以較為準確地讀取人的“意念”。體驗者的“想像”並非只是單純的控制命令，而是一種腦區激活方式，想像即為待實施的實際肢體動作，真正實現大腦皮層與肌肉活動的同步耦合，做到身隨意動、思行合一。
患者的康復由被動變為主動
據明東介紹，腦控機械外骨骼是利用被動機械牽引，非肌肉主動收縮激活。而“神工一號”則利用神經肌肉電刺激，模擬神經衝動的電刺激引起肌肉產生主動收縮，帶動骨骼和關節產生自主動作，與人體自主運動原理一致。這一點對於病人來說意義重大，他們藉助“神工一號”不僅能夠完成相應動作，還能加快康復進程。天津市人民醫院康復科主任、天津市康復醫學研究所所長杜金剛表示，這在康復醫學上是重大突破。 “神工一號”不僅像腦控機械外骨骼可以起到“替代”作用，更有“修復”作用，與傳統的康復手段相比，“神工一號”使患者的康復由被動變為主動。杜金剛說，僅體驗過三次“神工一號”的董阿姨，腳、腿和大拇指已經可以自主動作了。
載人航天計畫中大有用武之地
不僅僅限於運動康復，“神工一號”還可線上進行中風后抑鬱等關聯疾病的病理檢測與篩查。“神工一號”通過實時採集、處理和分析患者的靜息態腦電，對中風后抑鬱的識別精度接近90%。
“將來的‘神工二號’、‘神工三號’體積會更小，便攜可穿戴。它可以輔助病人完成更多複合精細的肢體動作，推廣至包括脊髓損傷在內的更多患者，甚至實現重症癱瘓的意念交流。它對大腦狀態的探測與分析、肌骨運動健康的維持和訓練等一系列技術新思路將套用於一些特殊人群，比如長期在軌的航天員，在我國載人航天計畫中大有用武之地。”明東表示
用意念控制機器人
只要心裡想一下，就能讓機器人行動—看到這裡，人們可能會聯想到科幻電影。現在，日本產業技術綜合研究所（AIST）與法國國家科學研究院（CNRS）已經試製出了這種夢幻般的“機器人”。
巴西世界盃開幕式上，患有截癱的巴西青年諾平托在腦控機械外骨骼技術的幫助下，為世界盃開球。類似“神奇”一幕在我國天津再次上演。
14日，在天津大學和天津市人民醫院共同舉辦的“純意念控制”人工神經康復機器人系統發布會上，因中風導致偏癱的董阿姨通過“想”，就能“指揮”無法動作的肢體“聽話”地完成相應動作。這是全球首台“純意念控制”人工神經機器人。
擁有23項國家發明專利
天津大學神經工程研究團隊和天津市人民醫院聯合研製的這項最新研究成果將會讓更多的中風、癱瘓人士重新獨立生活。
這一歷時10年的技術，是國家“863計畫”“十二五”國家科技支撐計畫和國家優秀青年科學基金重點支持項目，在複合想像動作信息解析與處理、異步腦—機接口訓練與識別、皮層—肌肉活動同步耦合最佳化、中風后抑鬱腦電非線性特徵提取與篩查等關鍵技術上取得了重大突破，目前已擁有包括23項授權國家發明專利、1項軟體著作權在內的自主智慧財產權集群，是適用於全肢體中風康復的“純意念控制”人工神經機器人系統。
中風偏癱或者截癱的患者是因為中樞神經（比如腦部）或者周邊神經（比如四肢）受損，神經通路受阻，大腦無法發出正確指令，或者指令無法傳輸到周邊神經，進而無法“指揮”肢體肌肉收縮，無法正常行動。
“我們的工作就是要正確、快速解碼腦部信號，‘重塑’中樞神經，再仿生構築了一條完整的‘人工神經通路’，把人體受損的中樞神經和周邊神經連通起來。”項目主要負責人、天津大學精儀學院教授明東說。他說，我們給機器人系統起名為“神工一號”，取義“鬼斧神工”。
不再需要把晶片植入大腦
該系統包括無創腦電感測模組、想像動作特徵檢測模組、運動意圖識別模組、指令編碼接口模組、刺激信息調理模組、刺激電流輸出模組6部分。與在世界盃上亮相的腦控機械外骨骼相比，“神工一號”更能夠體現出“純意念”。體驗者把裝有電極的腦電探測器戴在頭部，並在患病肢體的肌肉上安裝電極，藉助“神工一號”的連線，就可以用“意念”來“控制”自己本來無法行動的肢體。
明東說，“意念控制”，其實可以看成外部設備讀懂大腦神經信號並且執行的過程。它需要首先提取體驗者的腦電數據，構建出帶有個體特徵的意念控制指令的“密碼本”。隨後通過腦電的異步“腦—機接口”技術模擬中樞神經通路、解碼體驗者的運動意念信息，進而驅動多級神經肌肉電刺激技術模擬周邊神經通路、從而刺激癱瘓肢體產生對應動作。
明東介紹，腦—機接口的作用是可以無創讀取腦電信息，不再需要把晶片植入到大腦或者脊髓中，就可以較為準確地讀取人的“意念”。體驗者的“想像”並非只是單純的控制命令，而是一種腦區激活方式，想像即為待實施的實際肢體動作，真正實現大腦皮層與肌肉活動的同步耦合，做到身隨意動、思行合一。
患者的康復由被動變為主動
據明東介紹，腦控機械外骨骼是利用被動機械牽引，非肌肉主動收縮激活。而“神工一號”則利用神經肌肉電刺激，模擬神經衝動的電刺激引起肌肉產生主動收縮，帶動骨骼和關節產生自主動作，與人體自主運動原理一致。這一點對於病人來說意義重大，他們藉助“神工一號”不僅能夠完成相應動作，還能加快康復進程。天津市人民醫院康復科主任、天津市康復醫學研究所所長杜金剛表示，這在康復醫學上是重大突破。 “神工一號”不僅像腦控機械外骨骼可以起到“替代”作用，更有“修復”作用，與傳統的康復手段相比，“神工一號”使患者的康復由被動變為主動。杜金剛說，僅體驗過三次“神工一號”的董阿姨，腳、腿和大拇指已經可以自主動作了。
載人航天計畫中大有用武之地
不僅僅限於運動康復，“神工一號”還可線上進行中風后抑鬱等關聯疾病的病理檢測與篩查。“神工一號”通過實時採集、處理和分析患者的靜息態腦電，對中風后抑鬱的識別精度接近90%。
“將來的‘神工二號’、‘神工三號’體積會更小，便攜可穿戴。它可以輔助病人完成更多複合精細的肢體動作，推廣至包括脊髓損傷在內的更多患者，甚至實現重症癱瘓的意念交流。它對大腦狀態的探測與分析、肌骨運動健康的維持和訓練等一系列技術新思路將套用於一些特殊人群，比如長期在軌的航天員，在我國載人航天計畫中大有用武之地。”明東表示
用意念控制機器人
只要心裡想一下，就能讓機器人行動—看到這裡，人們可能會聯想到科幻電影。現在，日本產業技術綜合研究所（AIST）與法國國家科學研究院（CNRS）已經試製出了這種夢幻般的“機器人”。
人佩戴安裝了電極的頭盔，雙目緊盯螢幕上顯示的藍色瓶子。馬上，1米開外的人形機器人便小心地調整步伐，向藍色瓶子一點點靠近。在伸手抓住瓶子後，拿到手裡，然後走開。
顯示器上排列著紅、藍、黃3個顏色的瓶子，以一定間隔閃爍。每種顏色的瓶子閃爍的節奏各不相同，因此在腦波上也會表現出差異。 如果人盯住特定瓶子，頭盔就會從檢測到的腦波中，讀取意識集中的瓶子的影像。在接收到這些信息後，機器人便會去拿瓶子。 今後，除了拿瓶子之外，兩家研究機構還會繼續進行改進，使機器人能夠完成更複雜的動作。CNRS-AIST機器人合作研究機構主任吉田英一博士說：“機器人可以幫助老年人、殘疾人完成更換高處的燈泡等動作。”
顯示器上排列著紅、藍、黃3個顏色的瓶子，以一定間隔閃爍。每種顏色的瓶子閃爍的節奏各不相同，因此在腦波上也會表現出差異。 如果人盯住特定瓶子，頭盔就會從檢測到的腦波中，讀取意識集中的瓶子的影像。在接收到這些信息後，機器人便會去拿瓶子。 今後，除了拿瓶子之外，兩家研究機構還會繼續進行改進，使機器人能夠完成更複雜的動作。CNRS-AIST機器人合作研究機構主任吉田英一博士說：“機器人可以幫助老年人、殘疾人完成更換高處的燈泡等動作。”
相關信息
一名癱瘓少年在腦控機械外骨骼的幫助下，為今年的巴西世界盃開球，這項神奇的技術其實離國人並不遙遠。
今天，天津大學和天津市人民醫院發布了雙方共同研製的人工神經康復機器人系統“神工一號”，這是全球首台適用於全肢體中風康復的“純意念控制”人工神經機器人系統。與在世界盃上亮相的腦控機械外骨骼相比，“神工一號”能夠真正實現大腦皮層與肌肉活動的同步耦合，做到身隨意動、思行合一。
發布會現場，一位偏癱病人通過這一系統能夠“指揮”自己原本無法動作的肢體完成相應動作。項目主要負責人、天津大學精儀學院教授明東說，中風患者是因為中樞神經或者周邊神經受損，大腦無法發出正確指令，或者指令無法傳輸到周邊神經。這套系統不僅要正確、快速解碼腦部信號，“重塑”中樞神經，還仿生構築了一條完整的“人工神經通路”，把人體受損的中樞神經和周邊神經連通起來。它需要首先提取體驗者的腦電數據，隨後通過腦電的異步“腦-機接口”技術模擬中樞神經通路，解碼體驗者的運動意念信息，進而驅動多級神經肌肉電刺激技術模擬周邊神經通路，刺激癱瘓肢體產生對應動作。
該系統包括無創腦電感測模組、想像動作特徵檢測模組、運動意圖識別模組、指令編碼接口模組、刺激信息調理模組、刺激電流輸出模組6部分。體驗者需要把裝有電極的腦電探測器戴在頭部，並在患病肢體的肌肉上安裝電極。其中，“腦-機接口”可以無創讀取腦電信息，不再需要把晶片植入到大腦或者脊髓中，就可以較為準確地讀取人的意念。
據明東介紹，腦控機械外骨骼是利用被動機械牽引，非肌肉主動收縮激活。而“神工一號”則利用神經肌肉電刺激，模擬神經衝動的電刺激引起肌肉產生主動收縮，帶動骨骼和關節產生自主動作，與人體自主運動原理一致。這一點對於病人來說意義重大，他們藉助“神工一號”不僅能夠完成相應動作，還能加快康復進程。天津市人民醫院康復科主任、天津市康復醫學研究所所長杜金剛表示，這在康復醫學上是重大突破。
康復治療
6月19日上午，記者從天津市人民醫院獲悉，全球首台“純意念控制人工神經康復機器人系統”已經在該院正式進入臨床試驗階段，計畫至今年年底為60名因缺血性腦血管病導致偏癱的患者進行康復治療。
6月14日，天津大學和天津市人民醫院聯合舉辦了“純意念控制人工神經康復機器人系統——神工一號”發布會，向全世界展示了這套先進的康復治療系統。當一位偏癱的患者在系統的引導下，通過意念想像，能夠靈活地操縱自己原本沒有知覺的肢體，國際醫學界一片譁然。國內外媒體爭相報導這一發明對人類康復醫學發展的重要意義。短短几天裡，天津市人民醫院康復科就接到幾十個國家和地區無數患者和家屬打來的電話，要求接受此項治療。有的患者甚至連夜乘飛機趕到天津。究竟這台神奇機器的適應症包括有哪些，能夠治療哪些病人？為正確引導病人就診，記者採訪了康復醫學專家、主任醫師杜金剛。
據杜金剛介紹，“神工一號”系統完美融合了中風康復最重要的技術，運動想像療法和物理訓練療法，在中風患者體外仿生構築了一條完整的人工神經通路，它通過模擬中樞神經通路、解碼患者的運動意念信息，進而驅動多級神經肌肉電刺激技術模擬周邊神經通路、刺激患者癱瘓肢體產生對應動作，從而完成了主動康復訓練對皮層、肌肉活動的同步整合與協同。
杜金剛說，“神工一號”系統實現了康復領域的三大突破，第一在訓練治療方面，實現了皮層肌肉的同步耦合，能夠不斷強化患者因中風全部或者部分喪失的肢體神經系統控制能力。這一點，與現代最先進的患者主動康復醫學理念相契合。第二，在康複評價方面，它可以實時記錄患者在康復訓練過程中的腦電訊息，計算並分析腦區的激活程度和模式，隨時評價康復訓練水平，指導康復訓練過程。第三，這套系統還可以進行“中風后抑鬱症”等關聯疾病的輔助診斷，進行線上病理檢測與篩查。
目前，這項技術已經進入臨床試驗階段，截止今年年底，該院將遴選60位符合以下條件的患者接受“神工一號”治療。這些條件為：發病半年之內的缺血性腦血管病伴隨偏癱的患者；年齡不大於65歲；患者意識清楚，沒有認知障礙，沒有肢體痙攣，肌張力不高。杜主任說，因為是用意念控制肢體，所以患者意識必須清楚，年齡過高基礎病較多都影響治療效果。患病時間超過一年的患者，大腦本身已經忘記如何支配肢體，沒有辦法採集信號。有這些疾病的患者不適合參與這項康復治療，包括嚴重的心肺功能障礙；嚴重的骨質疏鬆；有感染髮熱；有精神類疾病；癲癇、癌症患者；裝有心臟起搏器或者腦深部刺激器；脊髓損傷；患有嚴重深靜脈血栓或者近期肺栓塞；對電極片過敏；患者依從性差等。
天津市人民醫院康復科成立了“神工一號”工作組。有符合適應症完全接受此項治療技術的患者和家屬，請於近期將病歷複印件寄到“天津市紅橋區芥園道190號市人民醫院康復科神工一號工作組”，專家首先鑑定是否適合治療，再與患者約診
