虛擬實境練走路 美男用腦力喚回癱瘓五年下半身

by:阿咖
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美國一名半癱男,在虛擬實境及腦神經科學的幫助下成功站起來並走了好幾公尺遠。
 

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Photo: fanpop

美國的研究人員成功使用電腦科技讓癱瘓傷者有了靠自己走路的希望。圖為電影《阿凡達》,《阿凡達》的男主角是一名下半身癱瘓的海軍,他在電影中就是借助了虛擬實境的方式在潘朵拉星上自由活動。


腦力讓人重新走路
《衛報》、itv綜合報導,科技帶給人新希望的消息再添一筆,日前美國約翰霍普金斯大學的科學家們開發出「有觸覺的義肢」後,加州大學的實驗室也傳出讓人興奮的消息:一名因意外造成下半身癱瘓五年的男子,成功依靠「腦力」站起來並往前走,而且他走的距離並不只是少少幾步,而是 3.5公尺遠。
 
原來 我從沒忘記走路
這場實驗的唯一受測者,是現年 26歲的費里茲(Adam Fritz),他因為意外導致脊髓損傷,五年來只能依靠輪椅行動,他描述自己可以再度站起來走路感覺「超棒」,並說「自己好像從來沒有忘記過走路一樣」。
 
費里茲說:「(癱瘓後再度走路)感覺很妙,那是一種融合了欣喜若狂同時又感到愜意輕鬆的感覺。」
 
「一開始,我全神專注在走路這件事情上,我的腦袋只有走路這件事。」
 
「(成功走路後)在場研究人員都相當替我開心,他們興奮地又跳又恭喜。」
 

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Photo: UCIrvine

費里茲參加實驗,他的頭上戴著腦電圖,電腦會先分析他的大腦訊號並拆解,之後送往腰間的儀器,最後再進一步把操縱四肢的神經訊號送到下肢的微型控制器。


科學聯手醫學  給人新生
讓人用「腦力」就可以邁步走的實驗,是由美國科學基金會、脊椎損傷基金會以及爾灣加州大學(UC Irvine)臨床與科學轉化醫學中心合作,研究人員使用「腦機介面」(Brain-computer interface,BCI)技術,成功讓費里茲自行往前走了好幾公尺,研究團隊以及他本人都非常興奮。目前有關研究發表可在《神經工程與復健》期刊(Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation)上找到。
 
「繞」過受傷區  喚醒健康神經 
帶領實驗的安度教授(Dr An Do)談到他們的研究時說,「就算癱瘓數年,這也沒有讓大腦停止傳送出走路訊號」,「使用非侵入性方式來刺激腿部肌肉的技術相當有前瞻性,同時也讓與腦控制相關的技術像是虛擬實境或機械骨骼等,又往前邁進了一步」。
 
由於,脊損傷等於切斷了神經傳導路徑,讓大腦送出的動作訊號無法傳到四肢,而且神經一旦損壞就無法再長出來,所以實驗人員運用「繞道」的概念繞過受傷處,讓讀到大腦訊號的電腦拆解訊號後,再送往健康的神經,藉此去啟動四肢肌肉。
 
安度教授說:「我們的實驗顯示出,人們就算是因為脊損傷癱瘓了,還是有機會可以再度依靠自己的大腦控制來走路。」
 
 

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Photo: UCIrvine

費里茲在儀器和電腦的協助下緩步向前走。每一小步對癱瘓五年的他來說都是非常珍貴的成功。




影片中可以見到,費里茲緩步向前,為了防止他摔倒所以要扶著拐杖前進。
 

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路透社

實驗期間,費里茲也要密集訓練肢體來喚醒肌肉。


虛擬實境  懸吊半空 
然而,人腦加電腦來走路並不是容易的事情,費里茲光是在「真正觸地走路」前就練了 19堂課。一開始,費里茲要先在虛擬實境中讓自己的虛擬人物走路,直到練習夠了再進入下一個「懸吊走路」階段,因為實驗團隊希望能先避免他的下半身承受壓力,所以把他吊在離地 5公分處練習用大腦走路,另外,他也要密集訓練自己的四肢來喚醒肌肉張力承受走動時的壓力。
 
前後加總起來,費里茲為了學習怎麼傳達正確的腦訊號並走路就花了近五個月的時間,這期間他必須戴著腦電圖(electroencephalogram,EEG)不斷練習傳達對的大腦訊號,有時候,電腦會因為分辨不了走路、站立和站穩等訊號讓實驗中斷。
 
至於,要怎麼「對大腦下令」,其實並不是「抬左腳,換右腳」這樣的指令模式,費里茲及研究人員就談到,受試者是要想著「走路」的概念,讓電腦能感受到腦波的變動。
 
 

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路透社

正在脊損傷訓練師協助下健身的費里茲。

 

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路透社

虛擬實境可以協助患者去適應並操控接下來的仿生義肢,圖中的海莉(Hailey Daniswicz)因為骨癌失去了左腳有 12年之久,她正在練習操控電腦中的腿做出伸展。

未來希望能讓傷者有「感覺」
由於,現階段的實驗對象只有費里茲一人,實驗團隊也不諱言地說還需要更多人的幫助來確認這項科技的適用性,而且未來協助癱瘓者的儀器也得再更加輕便,研究人員希望之後有機會可以往植入人體的方式邁進,因為這能讓腦波更精確地記錄下來也能更進一步傳達觸覺的訊號回大腦,讓癱瘓者也能「感覺」到自己的活動。
 
 
 
編註:對相關原文報導有興趣的朋友,請參考
01 “Paraplegic man walks with own legs again
02 “Paraplegic makes scientific history by becoming first to walk using only brainpower
 
延伸閱讀:《最新仿生義肢能用意念控制外 首度能回饋使用者被碰觸的「感覺」
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