【情报】辅具进化让瘫痪病患 动起来
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2014年巴西世界杯足球开幕式，
一名瘫痪的男孩透过脑电波控制机械辅具进入球场并进行开球。
最近，更进一步传出，部分完全瘫痪人员透过脑电波控制机械辅具的训练，
在短短的一年内改善了下肢的感知能力和肌肉控制能力，
使得从原本完全瘫痪转为部分瘫痪。
透过念力来移动或操纵物体的画面，
常被认为仅出现于科幻小说情节中，
事实上，此项技术是存在于现实世界中，
但直到近几年科学家才有重大的突破，
借由(1)意念撷取、(2)萃取意念特征、
(3)转换机械指令这三个步骤进行意念操控，
使得使用者仅靠意念即可驱动物体，
借由各种机械辅具可越过已受伤的脊椎直接控制身体的肌肉。
换句话说，借由意念的帮助，
原已瘫痪的病人可借由机器转译脑电波的信号并驱动各种辅具使其重返正常的生活。
而欧盟的BNCI Horizon
2020计画所发布的报告指出，
未来脑机接口的可能应用情境将会以医疗为主，
例如：(1)取代(replace)因为伤害或是疾病所造成的身体功能丧失，
如：沟通和轮椅控制；(2)恢复(restore)身体的功能，
如：电刺激瘫痪病人的肌肉和神经，以恢复膀胱功能；
(3)改善(improve)身体功能，如：中风病人的复健；
(4)增加(enhance)心智功能，如：精神压力侦测或注意力降低。
借由侦测学生的脑活性(brain activity)，
监控其精神状态，当学生处于疲劳或是挫折状态，
调整其教学难易度，直到精神集中，
再给予较复杂的学习材料，达成个人化学习改善的目的；
(5)作为脑功能的研究工具(research tool)。
随着脑机接口技术的逐渐发展与成熟，
为瘫痪的病人打开了一扇希望的窗。
目前致力于相关研究团队非常多，
应用面相较广，但在分类上大致可依照意念撷取的方式分为非侵入式脑波控制
的脑机接口 (EEG-based BCI)、侵入式的ECoG-based BCI两种类型的脑机接口。
巴西世界杯开球的小男孩便是透过“再行走计画(Walk again project)”
的专案帮助下，透过非侵入的方式从头皮测量电子讯号。
电脑可以立即解码这些讯号，利用“BRA-Santos Dumont”机械
外骨骼的液压导线（hydraulic
conductors）来产生动作，使其能够行走并进行开球。
此计画由巴西知名神经学家尼可列里斯（Miguel Nicolelis）领导，
超过100名科学家参与这个跨国性的计画，
包括杜克大学神经工程学中心（Duke University Center for Neuroengineering）、
慕尼黑工业大学（Technical University of
Munich）等机构。尼可列里斯团队所执行的该项计画，
向全球瘫痪人士提供了一个未来自由行动的机会，
再搭配虚拟实境(VR)技术对8名下半身瘫痪的患者进行1年多虚拟实境脑部训练后发现，
原先完全失去腿部知觉的患者开始恢复了腿部的痛觉、压迫以及震动。
虽然每位患者的效果不大相同，
但每个人对于腿部肌肉的动作与皮肤触觉都呈现恢复状态，
其中以一名32岁瘫痪13年的女性患者，进步最大。
在训练早期，不能用支架站立，但经过逐步训练之后，
能借由拐杖、支架和治疗师的帮助下重新走路。
13个月后，已能坐着及躺着时可以自行移动大腿。
相较于非侵入式的脑机接口所撷取之脑波讯较不稳定以及易受到噪声干扰，
因此进一步发展出来的是侵入性ECoGs技术并藉以强化讯号的清晰度和强度。
2012年布朗大学(Brown University)和史丹福大学(Stanford University)
的BrainGate团队通过向瘫痪病人脑内植入该系统实现意念控制机械臂进行移动；
匹兹堡大学医学中心(University of Pittsburgh Medical Center)在四肢瘫痪的病人
脑内植入电极阵列，病人通过意念实现操作10自由度机械臂，可自行喂食。
以上两例皆利用意念控制机械手臂进行各种操作，
但美国俄亥俄州立大学的神经外科医生阿里·雷泽
(DR. ALI REZAI)则尝试利用脑机接口，
控制病患移动自己的肢体以达到抓取水杯、
弹琴等动作，该研究将病患脑中植入小型芯片，
并借此绕伤的脊髓直接由意念下达命令驱动已瘫痪的四肢，
藉以达到自主的运动，目前这项技术还在实验阶段，
科学家希望下一步能运用无线系统，让病患重回正常的生活。
随着科技的进步，
以念力驱动机械或是瘫痪的四肢之可能性越来越高，
对于全球许多因脊椎受伤而无法自主行动的人来说是一大福音。
我们相信，随着技术的演进和成熟，
最终有一日他们能够再度行走于地面并自主生活。
(作者是国家实验研究院科技政策研究与资讯中心助理研究员)
(本文刊登于经济日报2017/01/01）