“腦控人機交互設備”可指揮機械運行幫助腦卒中患者康復

 “如何將這些最新的研究成果應用到現實生活中，是我們一直在做的事。”在西安交通大學實驗室里，機械工程學院智能檢測與儀器研究所所長徐光華教授對中國青年報·中青在線記者說。

  在他身邊，擺置運行著的是頗有神秘感的各種“腦控人機交互設備”——可以用意念指揮的輪椅、拐杖，靠眼睛控制的拼寫設備，以及主動捕捉大腦意識即可指揮機械運行，幫助腦卒中患者康復的訓練設備。

  在前不久舉辦的“聯想高校AI精英挑戰賽”中，這個“腦控人機交互及康復訓練系統”大顯身手，一舉斬獲全國總冠軍。

  腦機接口，讓意念控制不再科幻

  “簡單說，腦控就是傳說中的‘意念控制’。”徐光華介紹，它是通過“腦機接口”對腦電波進行捕捉，實現人機交互的一種技術，“腦機接口”是將人和機器連接起來的一條通路。

  在實驗室，團隊成員為記者演示了用于腦卒中后遺癥患者康復訓練的系統：一個虛擬人物在屏幕上向前方走動，這樣的運動場景即可刺激腦患者的運動感知神經，誘發其跟隨走動的意念。

  對正常人群來說，這樣的意念會通過他們的運動中樞神經，進一步刺激運動控制神經，從而進行自主行動。但對于腦卒中后遺癥患者，這樣的通路顯然已受到一定損傷。

  這時，腦機接口的作用就會顯現出來：通過腦機接口，運動意念會被捕捉出來，傳導并指揮配套的康復床開始機械運行，以此來帶動患者的肢體運動，從而實現主、被動的協同訓練。

  這樣的肢體運動，又會反過來刺激患者大腦內的運動感知和運動控制神經，使其主動康復的意愿越來越強，在最大程度上實現對神經的激發、重塑，使受損神經得到有效康復，直至幫助患者恢復行走能力。

  在業界看來，這樣的腦機交互康復系統有著極強的產業化價值。

  我國腦卒中發病率正在以每年近9%的速度增加。這意味著，我國每年新發病例約有150萬~200萬人。到2030年，國內腦卒中患者將達3177萬人。除此之外，每年新增的需要康復訓練的老年人、殘疾人也有約500萬人。

  由此反觀我國目前所采用的傳統康復方式，如針灸、按摩、被動訓練等，大多比較被動，很難喚起患者主動的運動意念，也容易因疲勞產生抗拒心理。也正因如此，國內腦卒中后遺癥患者的治愈率不到50%。

  在這種情況下，能夠調動主被動協同訓練、被稱為新型康復方法的“腦機交互康復訓練系統”，就擁有了無可比擬的技術優勢和廣闊市場前景。

  徐光華說，經過一年多的醫院對照實驗，使用腦控康復床進行訓練的患者，康復效果明顯優于傳統訓練患者：不僅訓練效果提升了20%，認知能力也得到大幅度改善。

  產業化需求貫穿研發過程

  事實上，從2000年由徐光華指導的“智能檢測與腦控交互團隊”成立，成果的產業化思考和實踐就一直貫穿始終。

  “給機器看病”是30年來徐光華一直從事的專業——就是為運行中的機械設備進行診斷分析。2000年前后，機械檢測診斷學科進入低潮時期，“需要考慮探索一些新的方向。”

  作為高校團隊，科研方向的選擇須考慮“3線交叉”：屬于國家重點需求，具有可觀的經濟價值和學術研究價值。“腦機接口和人機交互研究”進入徐光華的視野。

 “這是一個前沿領域，國內外從事相關研究的很少，且都只是一些初期探索。”而其研究路徑，也大都基于信號處理、模識別、人工智能等方法，“恰好與我們之前的機械專業研究范圍部分交叉。”

  從腦電信號處理入手，徐光華團隊開始向腦機接口領域進軍。“作為工科研究，產業化是其先導核心，而產業化的前提無疑是要面向實際需求、注重應用。”

  “睿眼隨心”是團隊的一項重點成果。針對漸凍癥患者，機械學院研究生王浩沖在徐教授指導下，創立了“睿眼隨心”創業團隊。

  所謂“睿眼隨心”，是指用眼睛來表達心意。它如何實現？人腦中，腦電信號十分微弱，且噪聲干擾強，很難識別讀取。采用視覺運動誘導的方法后，患者只要戴上一頂布有若干電子傳感器的帽子，看著一定頻率的刺激范式，就會產生能夠被采集、分析的腦電波。通過電腦算法，腦電波被進一步處理，就能實現語音輸出。

  從“睿眼隨心”到腦控輪椅、腦控鍵盤、腦控鼠標，被形象稱為“漸凍人套餐”的這一系列成果，不僅入駐國家級創客空間，進行創業孵化，還與相關協會合作，展開了臨床應用試點。不斷的嘗試也為團隊日后選定的“腦控人機交互及康復訓練系統”的產業化應用探明了道路。

  模式探索，科研轉化面臨更大挑戰

  2010年前后，“腦機接口”熱度大增，“團隊也先后拿回多項權威賽事大獎，技術達到了國內領先水平。”但在徐光華看來，團隊正在進行一場更大的挑戰——對高校成果的產業化，進行一次模式探索。

  “一項科研成果，從高校到市場，尚缺乏有效的技術轉化途徑。”高校里的教授，很難自己去做公司，時間、精力上不允許，搞不好很容易造成科研、市場的“雙輸”。同時，知識產權利用分享機制的缺失，也使高校很難與社會公司實現“交底”合作。

  高校有學生、原創技術，再結合社會資源，三者的結合能否給出最佳解題方式？徐光華認為，學生富有激情，且碩士、博士都對專業技術有著深入理解和掌握。學校的科研力量，在后期發展上可以做一定支撐。而社會力量，可以提供資金、管理、市場的全方位扶持。

  應用領域的進一步擴大，正為“腦機交互”產業化提供更為廣闊的空間。在美國，甚至已有科學家開始研究如何利用腦機交互，提高正常人群的學習能力和效果。“這樣的研究方向，已不只是針對個體，而是會影響整個人類的學習和認知。”

  而對交大團隊的每一位成員來說，“將一個想法從實驗室應用到生活中，都是更全面的鍛煉和更艱巨的挑戰。”目前，“腦控交互與康復機器人項目”團隊已具備創業團隊的雛形——“技術支撐由校方的‘創新團隊’提供；資金、管理、市場由‘創業團隊’來做。”這里所指的“創業團隊”是創新團隊在與聯想創投全面合作后，新組建的一支具有市場化思維、商業化運作模式的全新團隊。

 “聯想創投的加入，不僅為我們的創新團隊提供了資金支持，更重要的是帶來了前所未有的商業化思考和市場資源支持。”徐光華告訴記者，聯想創投力推的“大健康計劃”，及其擁有的多家機器人公司等資源鏈條，無疑為項目轉化提供了強有力的支撐。

  目前，創業團隊已著手展開管理、市場類人才的招募。公司“云觀醫療”的正式注冊也在緊鑼密鼓進行。