意念控制! 美科學家使用AI開發心智可控神經義肢 - Technology - 2022-06-22 | Asia Business Leaders
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意念控制! 美科學家使用AI開發心智可控神經義肢

22nd June, 2022| In Technology

全球截肢患者目前使用的肌肉控制假肢存在各種局限和挑戰。質量好的義肢零件很笨重,設置複雜,需要患者接受幾個月的培訓才能學會使用。美國明尼蘇達大學 (UMN) 的一組研究人員研究出透過神經控制的義肢,允許患者使用其心智來控制義肢。


利用心智來控制義肢這聽起來像是科幻小說,美國明尼蘇達大學 (UMN) 的一組研究人員研究出透過神經控制的義肢,允許患者使用其心智來控制義肢。

UMN 的研究人員開發了一種便攜式神經義肢機械手。機械手配備了與患者手臂周圍神經相連的植入物(神經晶片)。

項目合作者和 UMN 神經科學家 Edward Keefer 說:「我們正在努力讓至少上肢截肢者和未來的其他人能夠完全自然和直觀地控制他們的義肢設備」。

神經義肢侵入性更小、毋需大量肌肉控制


目前市場上可用的機械義肢可檢測肩部、胸部或肌肉運動。它們有傳感器來識別人體特定區域的信號。因此,患者每次想動手時,都需要驅動全身肌肉。適應這種肌肉驅動的肢體運動對患者來說並不容易,而且很多這樣的裝置不適合體弱的個體。

一些先進且高效的肌電型義肢,主要是靠對殘肢皮膚肌電圖(EMG)的感測來控制動作。這類義肢在各個關節中裝了微型馬達,已能相當精準地執行各種動作,但由於這類義肢帶有複雜的佈線和其他裝置,使其使用不便。截肢者必須經過大量訓練才能適應這些設備,這往往會增加挫敗感和壓力。

更先進的義肢科技正嘗試將義肢與殘肢的神經接駁,喚醒殘肢對應的神經與大腦區域,讓義肢就像是有靈魂般,讓使用者可隨心控制,而且侵入性更小,不需要訓練,不需要大量肌肉控制,及複雜的裝置。


神經義肢侵入性小,不需要訓練,不需要大量肌肉控制,及複雜的裝置

UMN研究團員之一 Jules Anh Tuan Nguyen 說:「其他商業義肢系統,當截肢者想要移動手指時,他們實際上並沒有想到移動手指,而是驅動手臂上剩下的肌肉而帶動義肢動作,因為那是系統讀取的內容」。因此,這些系統需要大量的學習和練習。「而我們的神經義肢是直接解釋神經信號,所以它知道患者的意圖。如果他們想移動手指,他們所要做的就是想想移動那根手指。」

是什麼讓用心智可控的機械臂成為可能?


據研究人員稱,傳統的肌電型義肢和機械手之間的主要區別在於後者理解神經信號的能力。由於在他們的設備中集成了人工智能,感應器可以充當神經解碼器(一種能夠理解電神經信號的設備)。

人類的手部運動是通過正中神經(Median nerve)的作用來實現的。正中神經是一種由數千個軸突組成的周圍神經,正中神經的功用主要在控制大姆指、食指、中指及無名指半指的感覺,同時也掌管大拇指底部至掌際的肌肉,等於直接控制著大拇指的活動。當患者想移動他的手時,他的大腦會向周圍神經發出信號。這些信號由與神經相連的神經解碼器檢測到,然後引導機械臂相應地發揮作用。


神經義肢肢嘗試將義肢與殘肢的神經接駁,喚醒殘肢對應的神經與大腦區域,讓使用者可隨心控制


利用機器學習原理來解釋神經信號


機器學習驅動的機械臂設置目前需要在皮膚和外部 AI 接口之間進行有線連接,從而實現訊息交換。

然而,研究人員希望該植入物將來可以遠程連接到任何電腦。這將使截肢者能夠輕鬆地進行肢體活動,並允許任何人用他的大腦控制他周圍的不同智能設備(如智慧手機)。

這項突出神經肢手部研究的研究發表在《神經工程雜誌》(Journal of Neural Engineering)上。

資訊參考來源: InterestingEngineering



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