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法研究團隊開發以腦波控制的外骨骼裝置輔助癱瘓病患行走

拜法國生物醫學研究中心Clinatec與Grenoble大學(University of Grenoble)合作研發,以腦波控制的65公斤重穿戴式外骨骼(exoskeleton)裝置之助,4年前因脊髓損傷無法行走的法國男子Thibault得以再度自主控制癱瘓的四肢,並能在房間行走與操縱上肢朝各個方向移動。

腦波控制式穿戴式外骨骼協助四肢癱瘓病人自主行動影片

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Clinatec與Grenoble大學研發以腦波控制的外骨骼輔具系統讓癱瘓病患再度行走。Fonds de dotation Clinatec

根據BBC與Futurism報導,這套外骨骼裝置目前僅完成觀念驗證階段,尚無法完全支援使用者四肢的完整功能,由於還無法讓穿戴者快速與精準移動以避免跌倒,因此裝置仍需繫於天花板以確保使用者安全,雖僅適合實驗室用途但已是一大進展。實際臨床應用於支持穿戴者自主行走還有一段長路,但研究團隊有信心最終將有助於提升使用者的生活品質。

Thibault的腦部表面有兩個各配置64個電極的手術植入物,以監測與讀取控制移動四肢的腦波訊號,由鄰近的電腦接收並以軟體解讀、轉換成控制外骨骼移動的指令,再傳送給外骨骼裝置執行。Thibault初期先透過植入物學習控制電腦遊戲中的虛擬化身(avatar),接著才練習運用外骨骼裝置移動四肢與行走。

整套外骨骼輔具系統要達到易於操控以快速反應穿戴者從動念到行動,系統必須在350 ms完整處理所有腦波資料。但目前每個植入物中僅有50%電極讀取的資料能被即時(real-time)處理,研究團隊希望使用效能更強大的電腦與人工智慧(AI)演算法,即時、完整處理2個植入物所有電極讀取的腦波資料,以持續改善外骨骼裝置的反應速度。

學習以腦波操控外骨骼移動上肢因涉及多處肌肉與動作因此花了最多時間,目前Thibault已能成功完成71%移動上、下臂與轉動手腕以觸碰指定目標的測試,證實Clinatec與Grenoble大學的研究方向正確,可運用外骨骼拓展病患的活動能力。研究團隊也計畫發展手指操控的功能以撿拾與移動物體,目前Thibault已能透過腦部植入物操控輪椅。

Clinatec與Grenoble大學的研究目標是運用外骨骼裝置輔助失能病患,研究成果於2019年10月3日發表在Lancet Neurology期刊。專家指出目前殘障者中僅15%有輪椅或其它輔助裝置,但成本限制使得高科技輔具難以普及讓全球脊髓損傷者受惠。超人類主義(transhumanism)領域的科學家則是研究運用外骨骼來強化人類的能力以支援軍事等應用。


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