虛實(shí)交互 這項(xiàng)腦機(jī)交互技術(shù)重塑運(yùn)動(dòng)感知功能

近日，記者來到中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所，由醫(yī)學(xué)人工智能與機(jī)器人中心主任李婷帶頭完成的光電多模態(tài)多范式腦機(jī)融合機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)榮獲 2023 年度天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

腦機(jī)接口通過大腦與外部設(shè)備連接，修復(fù)、重塑運(yùn)動(dòng)感知功能，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域共同攻關(guān)的發(fā)展方向，近年來，受到諸多關(guān)注。這一高端科技可以幫助癱瘓、卒中、漸凍人等恢復(fù)運(yùn)動(dòng)感知功能。

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找到大腦與系統(tǒng)的最佳閾值

為什么沒有把這個(gè)項(xiàng)目下的所有設(shè)備直接做成全自動(dòng)的智能機(jī)器人？這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)的設(shè)備，完全具備全過程自主化、智能化，幫助患者毫不費(fèi)力的做一些動(dòng)作。

但李婷介紹說：" 項(xiàng)目研發(fā)的初衷并不是讓患者完全依賴智能機(jī)器人，也不是讓患者一直使用腦機(jī)交互機(jī)器人，而最終目的是幫助患者康復(fù)?；颊咴谝饽畹闹湎?，加上設(shè)備的輔助作用，很容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互訓(xùn)練，快速恢復(fù)或重塑運(yùn)動(dòng)感知功能。"

如何把握好發(fā)揮自身大腦的最大限度與運(yùn)用智能輔助機(jī)器人的程度？怎樣才能尋找到兩者之間的平衡點(diǎn)，達(dá)到最佳的康復(fù)效果？李婷帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過多年攻關(guān)，在臨床試驗(yàn)中，不斷通過患者使用反饋來調(diào)整，調(diào)到最佳閾值范圍。

李婷表示，智能機(jī)器人既要幫助患者最大限度的利用大腦，又不能對(duì)患者的大腦形成損傷，在應(yīng)用輔助與利用大腦之間形成平衡，幫助患者盡快康復(fù)。

解決這一問題，他們花費(fèi)了幾年時(shí)間。最初，他們并沒有發(fā)現(xiàn)這一問題，而是盡最大可能，讓人工智能、算法技術(shù)更優(yōu)，讓智能避障輪椅更加好用。但患者的使用效果卻并不佳。" 患者反饋智能避障輪椅速度太快了，我們想到，對(duì)患者來說，不是快速、可控性能好就是好的，還要考慮不同患者能夠接受的速度、程度，畢竟患者不能像健康的人那樣走路。所以在系統(tǒng)與患者之間，我們要尋找最佳閾值。" 李婷說。

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持續(xù)迭代讓患者快樂康復(fù)

而他們另一款針對(duì)不同場(chǎng)景研發(fā)的智能外骨骼機(jī)器人，也在臨床試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)了很多可以讓產(chǎn)品提升的空間。

" 首先這個(gè)產(chǎn)品的‘軸’和‘自由度’變多了，最初的產(chǎn)品就是‘背背佳’形態(tài)，現(xiàn)在不斷研發(fā)迭代，最新的產(chǎn)品形態(tài)提高了腦機(jī)交互的精準(zhǔn)性。" 李婷說。

同時(shí)，在臨床應(yīng)用過程中，他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的現(xiàn)象，患者普遍沒有耐心做康復(fù)訓(xùn)練，他們又從產(chǎn)品角度著手，怎樣讓患者不抵觸，打消不耐煩，體驗(yàn)快樂康復(fù)訓(xùn)練。

看似小問題，背后他們認(rèn)真花心思解決，增加患者最佳的體驗(yàn)感。" 我們后面與多個(gè)相關(guān)科室進(jìn)行協(xié)作，配合智能外骨骼機(jī)器人，做了一套游戲系統(tǒng)，這樣就像‘升級(jí)打怪’，患者需要看著游戲模式來做動(dòng)作，游戲分值越高，說明患者動(dòng)作做的越好，康復(fù)也就越好。" 李婷說。

此后，他們還解決了醫(yī)護(hù)與患者都嫌麻煩的導(dǎo)電極問題。李婷介紹說：" 一個(gè)患者用導(dǎo)電膏，加上最后清理的時(shí)間，大概時(shí)長將近一個(gè)小時(shí)。" 看到這一臨床問題，她與團(tuán)隊(duì)成員繼續(xù)攻關(guān)研發(fā)，將最初的 68 個(gè)電極刪減到 6 到 8 個(gè)電極，這樣再打入導(dǎo)電膏，不到 10 分鐘。

" 光電多模態(tài)范式腦機(jī)融合機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) " 這一項(xiàng)目自 2016 年立項(xiàng)以來，數(shù)年攻關(guān)，產(chǎn)品的美觀度、技術(shù)不斷迭代升級(jí)。目前，他們研發(fā)的智能避障輪椅已是第 5 代產(chǎn)品，最新的智能外骨骼機(jī)器人設(shè)備是 4.5 代產(chǎn)品。

眼下，李婷考慮早一點(diǎn)申請(qǐng)下來醫(yī)療器械注冊(cè)證，后面要把產(chǎn)品里面的部分器件換成國產(chǎn)，繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。

截至目前，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所醫(yī)學(xué)人工智能與機(jī)器人中心正在著手 16 項(xiàng)國家級(jí)、省部級(jí)項(xiàng)目課題，參與已發(fā)布的國際和國家標(biāo)準(zhǔn)制定共 16 項(xiàng)，目前有 3 項(xiàng)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)正在制定過程中，即腦機(jī)接口術(shù)語、腦機(jī)接口用例和腦機(jī)接口數(shù)據(jù)。

未來，李婷還將與團(tuán)隊(duì)一起，在腦機(jī)接口這一領(lǐng)域繼續(xù)深耕，提高產(chǎn)學(xué)研水平，為養(yǎng)老、康復(fù)、醫(yī)療等解決現(xiàn)實(shí)問題，同時(shí)做好相關(guān)科普工作，讓更多的人了解腦機(jī)接口技術(shù)，讓更多青少年愛上這一新興領(lǐng)域，為腦機(jī)接口儲(chǔ)備高端后備人才。