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“意念”指挥机器人 为行动障碍病人传福音

时间:2008-06-03 02:36来源:TOM.COM 作者:bioguider 点击: 163次

猴子用“意念”指挥机器人拿食物给自己吃

据《纽约时报》5月29日报道,美国《自然》杂志5月28号在网上发表了一份研究报告称,在猴子的脑中置入微型传感器,猴子就可以控制机器人的手臂,指示机器人帮自己“干活”。这个研究表明了动物神经和复杂机器的结合是可能的,这将为因脑部和脊髓受伤、帕金森症、老年痴呆症等生活无法自理的病人带来福音。这份报告将发表在本期的《自然》杂志上。

猴子的想法,机器人的行动

机器人的手臂模仿人类建造,连着肩膀,有肘,但是只有两只手指。猴子的手臂被绑起来,不能自由获取食物,它们要想得到食物,必须借助外力。

在猴子的头骨下方的运动皮层,科学家植入一个雀斑大小的传感器。运动皮层是神经中枢向胳膊和手指下达运动命令的细胞区。传感器由100个微型电极构成,每个电极都与一个神经元连接,电极另一端的导线通向一台电脑。

外置的电脑收集这100个神经元细胞发出的信息,然后将这些信息转化为电子指令,同时传达给机器人的手臂。最初是科学家利用电脑帮助猴子发出命令,移动机器人的手臂,让它们学会生物反馈。

几天后,猴子就不需要人们的帮助了。它们稳稳当当地端坐在椅子上,动用自己的思想,通过外置电脑的传达,熟练地指挥机器人伸出手臂,帮它们拿葡萄、药属葵等食物,和科学家放在它们眼前摇摆不定的东西。这一过程的困难在于每个神经元细胞都有自己想要选择的移动方向,“你需要弄清楚猴子究竟想往哪个方向移动”,试验人员说。

最后,猴子只用花费原来三分之二的时间就可以把食物吃进嘴里。猴子学会在靠近食物的时候,要把机器人的两只手指张开,拿食物的时候要适当地捏紧手指,把食物放进嘴的时候又要松开手指。它们可以自由控制机器人的行动,顺畅、自然地把吃东西。

行动障碍病人的福音

这项研究由美国匹兹堡大学和卡内基.梅隆大学不同专业的专家完成,在美国生物医学和工程研究中心进行。试验选取猴子是因为它们的脑部结构与人类最为相似,而且猴子学习能力强。虽然对脑部受损的人来讲,人脑控制行动的弥补方法在实践上还没有取得成果,但是这个试验表明这在技术上是完全可行的。

在以前的一个试验中,一个瘫痪多年的病人,通过脑波就可以控制电脑屏幕上一个指针。另外一个试验中,灵长类动物可以用自己的思想就可以移动机器人的手臂、手指,控制机器人在踏车和其他小型机器上活动。

新的实验无疑又向前进了一大步,在这个实验中,猴子已经习惯将机器人的手臂当成自己身体的一部分利用,而且与神经活动同时同步。

科学家评价说,这个发现对那些脑部、脊髓受伤的人和截肢患者,特别是从伊拉克和阿富汗战场归来的受伤老兵,甚至是瘫痪病人、帕金森症、老年痴呆症患者的治疗,都有很大的意义。威廉姆. 希德克斯是研究小组的主任,他说,“这项试验总结了以前的试验成果,将会为某些病症提供新的补救方法。”

布朗大学人脑科学研究中心的主任约翰.多诺霍说,“这份报告很重要,它全面解释了仅仅通过脑部活动,动物与复杂的机器结合在了一起。”科学家说,实验的短期目标是为全瘫患者制造这样的机器,最终目标是了解人脑的复杂结构。

“给机器人安上关节和灵活的手指”

报告的合作者、主要的研究人之一、匹兹堡大学的神经生物学教授安德鲁.施瓦茨说:“在现实的世界,事情不会像我们想象的那样发展。有很多情况我们无法预料,比如说食物粘在手上,或者食物滑落,这些我们都无法编写进电脑程序中。但是猴子可以适应这些情况,它们会舔站在机器人手指上的食物,会把食物硬塞进嘴里,好像是在使用自己的手臂一样。”

这项方法要进入实践领域,还有几个障碍:移植入人脑的感应器的作用时间不会超过一个月,科学家也无法解释其中的原因;用于读取、转换神经信息的设备需要全天候的监视和校正,而且至今没有发现不植入人脑皮层、也能够成功运行的无线设备。此外,机器人手臂的精确度也需要改进。施瓦茨说,“真正的病人需要机器人做的事情是扣扣子,拉拉链,所以我们必须给机器人手臂安装上关节和更灵活的手指。”

很多科学家都在致力于解决这些问题,而猴子在试验中表现出来的快速的学习能力让科学家相信,大脑要控制身体某部位的运动,只需要对应的神经中枢发出指令就可以了,神经中枢没有必要精确地控制每一块肌肉,而且,只要100个神经元细胞就可以控制机器人手臂和手指的活动。这让科学家对这个方法进入实践充满了信心。

蒙特利尔大学的神经学家约翰.卡拉斯卡,将在本期《自然》杂志上发表文章称:如果这些恼人的问题都解决了,科学家可能会发现在比人脑头骨下的运动皮层可以更准确、更敏感地控制外部机器的区域。这样,病人不仅可以通过“同步指令”的机器活动,还可以以一种更自然、更真实的方式表达完整的思想,更顺畅地用机器代替他们的生活。

(责任编辑:泉水)
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