大腦控制的「機器外骨骼」 讓癱瘓病人重新站起奪回生命自主權

高詣軒 2019年10月06日 07:01:00

脊髓受損的法國男子提布,藉由外骨骼重新行走。(湯森路透)

來自法國里昂的28歲男子提布(Thibault),普通的人生在4年前突然變了樣:他自約12公尺高的樓台跌落,脊隨受到重傷,肩膀以下的身體也陷入癱瘓。

 

事實上,若是歷經和提布類似的頸脊髓損傷,有約20%的情形會出現四肢麻痺(tetraplegia)的嚴重症狀。但隨著醫療科技進步,人類開始能與病魔對抗,起身奪回生命自主權。

 

據《法新社》(AFP)報導,如今提布可以靠著大腦所控制的機器外骨骼(exoskeleton),再度用自己的雙腿行走,為類似患者帶來新希望。「當你像我一樣,無法用身體完成任何事...就希望可以用大腦來完成」,提布表示。

 

 

從電腦模擬到實際行走

 

機器如何宛如身體般隨心所欲,透過大腦訊號來操作?

 

《法新社》指出,提布先經過數月的訓練,讓自己能用大腦訊號來控制以電腦模擬的替身,執行簡單的動作,之後再實際操控機器人裝置,達成以雙腳走路的心願。科學家表示,這次的測試結果可說是一大創舉。

 

事前的訓練過程藉由電子遊戲式的模擬替身系統,幫助提布掌握操控外骨骼的必要技能。在訓練階段裡,提布必須從頭學習如何自然的操控身體動作,宛如重新學步。「要我明天穿著外骨骼走回家,可能還辦不到,但我現在已經可以行走,能夠在想走的時候走,想停下時停下」,提布說。

 

 

這項成果3日也刊登於期刊《刺胳針神經學》(The Lancet Neurology)。研究的第一作者、法國格勒諾伯大學(University of Grenoble)榮譽教授貝納彼特(Alim Louis Benabid)解釋,癱瘓病人的腦部仍然可以產生命令四肢行動的訊號,只是無法成功傳達,才導致癱瘓情形。

 

據《英國廣播公司》(BBC),提布受傷前原本是名配鏡師,但4年前在一場夜店的意外中從高處墜落,導致脊髓受傷、肢體癱瘓,之後在醫院內度過兩年時光。但在2017年,他參與了格勒諾伯大學的外骨骼試驗,為生命帶來改變。

 

提布受訪時向BBC表示,試驗中行走的經驗讓他感受到自己「就像是第一個走在月球上的人。我過去已經兩年無法步行,忘了如何站立,忘了我比這個房間裡的很多人長得都要高。」

 

 

植入記錄器接收大腦訊號

 

除了行走,提布表示操縱雙臂則令他花上更多時間,因為牽涉許多肌肉活動的組合,「這是我用外骨骼所做最令人驚奇的事情。」提布在利用外骨骼執行移動手臂、轉動手腕來觸碰目標物件的任務時,達成率約為71%。

 

大腦訊號要如何傳到外骨骼裝置?研究團隊由格勒諾伯大學醫院、生物醫療公司「Cinatech」、法國「原子能和替代能源委員會」(CEA)研究中心的專家組成,在提布頭部兩側植入記錄器,放置於在腦部與皮膚之間,感應負責控制動作的「感覺運動皮層」(sensorimotor cortex)發出的訊號。

 

 

各記錄器可以傳輸大腦訊號,之後藉由演算法加以轉化,了解患者腦中希望達成的動作。系統能夠將身體動作的命令,傳送給機器外骨骼來執行。提布也利用電子遊戲和模擬替身來演練諸如行走、觸碰物品等身體活動。

 

透過模擬替身、電子遊戲和外骨骼系統綜合演練,在許多次的訓練之下,提布已經能夠行走約1.5個足球場的距離。雖然這台重達65公斤的繁複機械系統仍無法恢復所有身體功能,但對於以大腦想法操控肢體的科技而言,這次的成功確實進一大步。

 

產製「超人」? 學者:不會走歪路

 

貝納彼特表示,目前已經證明他們的方向正確,可以透過外骨骼提升患者的動作功能,主要目標在於改善其生活品質。過去有數項研究利用植入裝置來刺激患者的肌肉運動,但這次格勒諾伯大學的研究是首度利用大腦訊號來控制外骨骼機械裝置。

 

 

參與研究的專家表示,這項科技未來有潛力用來研發以大腦控制的輪椅,同時《法新社》也引述教授貝納彼特表示,他們的研究目的「不是要將人變成機器,而是要回應醫療問題」,並非要創造出超人,而是要幫助患者恢復機能。

 

事實上,在各方研究外骨骼裝置的學者中,有一派稱為「超人類主義」(transhumanism)的科學家,會希望透過機械來增強人類機能,其中也有人探究其軍事方面的用途。對此,貝納彼特向BBC表示:「我們絕對不會往那個方向走,研發極端和愚蠢的應用方式。」

 

盼以AI增加運算效能

 

回歸醫學上,倫敦衛生與熱帶醫學院(London School of Hygiene and Tropical Medicine)教授莎士比亞(Tom Shakespeare)評論研究時則指出,這項科技離臨床使用的可能性還有一段距離,且價格恐非人人都能負擔。但對於提布來說,這次的測試是「對和我相似的人來說,希望的訊息」。

 

提布利用外骨骼行走。(湯森路透)

 

BBC報導,提布使用這套外骨骼系統時,需要把身體固定在天花板上的保險器,好讓摔倒的風險降到最低,但這也代表這套裝置仍無法在實驗室之外實際操作。報導引述教授貝納彼特坦言:「這還遠稱不上是自主行走。」

 

研究者表示,未來可以持續改善這項科技的效能。目前他們最大的障礙,在於即時從大腦接收、傳送到電腦處理後,轉譯給外骨骼執行的資料量仍是有限。他們必須在0.35秒的時間內,把患者的思考轉化成行動,否則系統就會變得難以操控。

 

所以,推動改進的可能性在於,運用更強大的電腦及人工智慧(AI)來處理更多的大腦訊號內容。另外,也有計畫研發讓提布控制手指動作的功能,使他能夠「重拾」往日、如正常人一般拿起或移動物品。

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