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【中国青年报】西安交大“脑机交互”跑出实验室

发布时间:2018-07-19

    “如何将这些最新的研究成果应用到现实生活中,是我们一直在做的事。”在西安交通大学实验室里,机械工程学院智能检测与仪器研究所所长徐光华教授对中国青年报·中青在线记者说。

在他身边,摆置运行着的是颇有神秘感的各种“脑控人机交互设备”——可以用意念指挥的轮椅、拐杖,靠眼睛控制的拼写设备,以及主动捕捉大脑意识即可指挥机械运行,帮助脑卒中患者康复的训练设备。

在前不久举办的“联想高校AI精英挑战赛”中,这个“脑控人机交互及康复训练系统”大显身手,一举斩获全国总冠军。

脑机接口,让意念控制不再科幻

“简单说,脑控就是传说中的‘意念控制’。”徐光华介绍,它是通过“脑机接口”对脑电波进行捕捉,实现人机交互的一种技术,“脑机接口”是将人和机器连接起来的一条通路。

在实验室,团队成员为记者演示了用于脑卒中后遗症患者康复训练的系统:一个虚拟人物在屏幕上向前方走动,这样的运动场景即可刺激脑患者的运动感知神经,诱发其跟随走动的意念。

对正常人群来说,这样的意念会通过他们的运动中枢神经,进一步刺激运动控制神经,从而进行自主行动。但对于脑卒中后遗症患者,这样的通路显然已受到一定损伤。

这时,脑机接口的作用就会显现出来:通过脑机接口,运动意念会被捕捉出来,传导并指挥配套的康复床开始机械运行,以此来带动患者的肢体运动,从而实现主、被动的协同训练。

这样的肢体运动,又会反过来刺激患者大脑内的运动感知和运动控制神经,使其主动康复的意愿越来越强,在最大程度上实现对神经的激发、重塑,使受损神经得到有效康复,直至帮助患者恢复行走能力。

在业界看来,这样的脑机交互康复系统有着极强的产业化价值。

我国脑卒中发病率正在以每年近9%的速度增加。这意味着,我国每年新发病例约有150万~200万人。到2030年,国内脑卒中患者将达3177万人。除此之外,每年新增的需要康复训练的老年人、残疾人也有约500万人。

由此反观我国目前所采用的传统康复方式,如针灸、按摩、被动训练等,大多比较被动,很难唤起患者主动的运动意念,也容易因疲劳产生抗拒心理。也正因如此,国内脑卒中后遗症患者的治愈率不到50%。

在这种情况下,能够调动主被动协同训练、被称为新型康复方法的“脑机交互康复训练系统”,就拥有了无可比拟的技术优势和广阔市场前景。

徐光华说,经过一年多的医院对照实验,使用脑控康复床进行训练的患者,康复效果明显优于传统训练患者:不仅训练效果提升了20%,认知能力也得到大幅度改善。

产业化需求贯穿研发过程

事实上,从2000年由徐光华指导的“智能检测与脑控交互团队”成立,成果的产业化思考和实践就一直贯穿始终。

“给机器看病”是30年来徐光华一直从事的专业——就是为运行中的机械设备进行诊断分析。2000年前后,机械检测诊断学科进入低潮时期,“需要考虑探索一些新的方向。”

作为高校团队,科研方向的选择须考虑“3线交叉”:属于国家重点需求,具有可观的经济价值和学术研究价值。“脑机接口和人机交互研究”进入徐光华的视野。

“这是一个前沿领域,国内外从事相关研究的很少,且都只是一些初期探索。”而其研究路径,也大都基于信号处理、模识别、人工智能等方法,“恰好与我们之前的机械专业研究范围部分交叉。”

从脑电信号处理入手,徐光华团队开始向脑机接口领域进军。“作为工科研究,产业化是其先导核心,而产业化的前提无疑是要面向实际需求、注重应用。”

“睿眼随心”是团队的一项重点成果。针对渐冻症患者,机械学院研究生王浩冲在徐教授指导下,创立了“睿眼随心”创业团队。

所谓“睿眼随心”,是指用眼睛来表达心意。它如何实现?人脑中,脑电信号十分微弱,且噪声干扰强,很难识别读取。采用视觉运动诱导的方法后,患者只要戴上一顶布有若干电子传感器的帽子,看着一定频率的刺激范式,就会产生能够被采集、分析的脑电波。通过电脑算法,脑电波被进一步处理,就能实现语音输出。

从“睿眼随心”到脑控轮椅、脑控键盘、脑控鼠标,被形象称为“渐冻人套餐”的这一系列成果,不仅入驻国家级创客空间,进行创业孵化,还与相关协会合作,展开了临床应用试点。不断的尝试也为团队日后选定的“脑控人机交互及康复训练系统”的产业化应用探明了道路。

模式探索,科研转化面临更大挑战

2010年前后,“脑机接口”热度大增,“团队也先后拿回多项权威赛事大奖,技术达到了国内领先水平。”但在徐光华看来,团队正在进行一场更大的挑战——对高校成果的产业化,进行一次模式探索。

“一项科研成果,从高校到市场,尚缺乏有效的技术转化途径。”高校里的教授,很难自己去做公司,时间、精力上不允许,搞不好很容易造成科研、市场的“双输”。同时,知识产权利用分享机制的缺失,也使高校很难与社会公司实现“交底”合作。

高校有学生、原创技术,再结合社会资源,三者的结合能否给出最佳解题方式?徐光华认为,学生富有激情,且硕士、博士都对专业技术有着深入理解和掌握。学校的科研力量,在后期发展上可以做一定支撑。而社会力量,可以提供资金、管理、市场的全方位扶持。

应用领域的进一步扩大,正为“脑机交互”产业化提供更为广阔的空间。在美国,甚至已有科学家开始研究如何利用脑机交互,提高正常人群的学习能力和效果。“这样的研究方向,已不只是针对个体,而是会影响整个人类的学习和认知。”

而对交大团队的每一位成员来说,“将一个想法从实验室应用到生活中,都是更全面的锻炼和更艰巨的挑战。”目前,“脑控交互与康复机器人项目”团队已具备创业团队的雏形——“技术支撑由校方的‘创新团队’提供;资金、管理、市场由‘创业团队’来做。”这里所指的“创业团队”是创新团队在与联想创投全面合作后,新组建的一支具有市场化思维、商业化运作模式的全新团队。

“联想创投的加入,不仅为我们的创新团队提供了资金支持,更重要的是带来了前所未有的商业化思考和市场资源支持。”徐光华告诉记者,联想创投力推的“大健康计划”,及其拥有的多家机器人公司等资源链条,无疑为项目转化提供了强有力的支撑。

目前,创业团队已着手展开管理、市场类人才的招募。公司“云观医疗”的正式注册也在紧锣密鼓进行。

(来源:中国青年报 2018年7月19日 4版 创业·青年)

文章链接:http://zqb.cyol.com/html/2018-07/19/nw.D110000zgqnb_20180719_1-04.htm

文字:记者 孙海华

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