●本報記者 張羅應(yīng)
以“科技創(chuàng)新·美好生活”為主題的廈門科技活動周，5月19日至25日舉行。活動周期間，由華僑大學(xué)推出的一款科技產(chǎn)品既吸引了眾多市民駐足圍觀，更引來海內(nèi)外媒體的競相關(guān)注與報道。
這款科技產(chǎn)品，就是由清華大學(xué)博士、華僑大學(xué)信息學(xué)院講師閆錚帶領(lǐng)來自信息學(xué)院的6名本科生研發(fā)出來的“主動型中風(fēng)康復(fù)系統(tǒng)”。
意念控制機器
想什么就做什么
據(jù)閆錚博士介紹，“主動型中風(fēng)康復(fù)系統(tǒng)”是借助腦-機接口技術(shù)，提取肢體癱瘓患者大腦中的運動意愿，構(gòu)建一個腦-機交互的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，最終實現(xiàn)患者參與的主動康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)。同時，該系統(tǒng)利用腦-機接口技術(shù)提供的實時反饋，引導(dǎo)患者更好地進行康復(fù)訓(xùn)練。
在科技活動周現(xiàn)場，華大信息學(xué)院電子信息工程專業(yè)的一名學(xué)生演示了這套設(shè)備。他戴上網(wǎng)罩狀的電子帽，連上儀器，不一會兒，對面的電腦開始產(chǎn)生“腦電波”，而后“機械臂”開始行動，快速地完成了抓球動作。
據(jù)演示者介紹，這套設(shè)備的工作原理在于：通過腦電放大器采集受試者的腦電波信號，繼而根據(jù)設(shè)計的算法將腦電信號中與運動有關(guān)的特征信息進行提取及分類，最后將分類的結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制機械臂動作的命令，這樣就在大腦和機械臂之間建立了一條通信的通道。
“目前，針對康復(fù)作業(yè)治療，我們編寫、設(shè)計了機械臂的三個動作，就是抓小球、移動機械臂、放小球?！痹O(shè)備的研發(fā)者之一、信息工程專業(yè)大三女生丁葉丹紅說，當周圍嘈雜或示范的人不專心時，由受試者意愿驅(qū)動的機械臂動作也會相應(yīng)遲緩。
華大本科學(xué)生
創(chuàng)新力十足
據(jù)了解，“主動型中風(fēng)康復(fù)系統(tǒng)”所借助的，是國際上一項提出才20多年的新技術(shù)——腦-機接口。而閆錚，正是這項技術(shù)的研究者，早在清華大學(xué)讀博期間，他就做過相關(guān)課題的研究。
2012年年初，閆錚作為引進人才來到華僑大學(xué)信息學(xué)院。之后不久，他便申請了一項國家自然科學(xué)基金項目《腦-機交互康復(fù)訓(xùn)練過程中的大腦功能網(wǎng)絡(luò)研究》并獲批準。為了這個項目的推進，他向?qū)W院提出遴選一批本科生進行研究訓(xùn)練計劃，具體由他提出一些項目，挑選一些學(xué)生來制作，通過這個計劃，一方面可以解決他剛來學(xué)校、學(xué)生較少的困難，另一方面也讓本科生得到科學(xué)的訓(xùn)練。“主動型中風(fēng)康復(fù)系統(tǒng)”正是他提出的有關(guān)這個課題的首個項目。
閆錚的這個想法得到學(xué)院的大力支持。信息學(xué)院專門通過報名、向?qū)W生介紹項目、面試考核等方式，為他招募了一批對這個項目感興趣的學(xué)生，經(jīng)過篩選，最終選擇了6名大三的學(xué)生。
由于大多數(shù)學(xué)生對腦-機接口方向都不是很了解，因此，早在2012年暑假前，閆錚就把有關(guān)腦-機接口技術(shù)、想象運動的文獻發(fā)給了學(xué)生。不得不嘆服，華大的學(xué)生對于科學(xué)研究有著濃厚的興趣，他們利用暑假的時間，努力地閱讀文獻資料，對于外文的艱深文獻，學(xué)生經(jīng)常互相交流討論。通過這些努力，為后期的項目研究提供了堅實的基礎(chǔ)。
閆錚提到，其實早在2008年他就有了做這個系統(tǒng)的想法，但當時的想法還不夠成熟?！霸撓到y(tǒng)的最終完成，學(xué)生給我了很大的幫助，他們的想法很有創(chuàng)意，在我原來想法的基礎(chǔ)上，做了大量的創(chuàng)新。”
比如“機械臂”，就是學(xué)生建議的。對于該系統(tǒng)的反饋形式，閆錚考慮過很多方案。后來學(xué)生提議能不能做一個類似假肢的東西，也就是“機械臂”?？紤]到商用“機械臂”的價格普遍昂貴，于是學(xué)生就想到用樂高玩具來做，因為樂高玩具可以像積木一樣搭建模型，而且價格不貴，此外部分樂高系列還提供了編程接口?！斑@的確是一個非常吸引人的想法，也是我們目前可以找到的一個較完美的反饋形式?！遍Z錚高興地說。
此外，在運動信號特征提取算法上，原計劃采用的算法較為復(fù)雜，盡管準確率達到了90%以上，但在實際使用中需要病人訓(xùn)練半小時，以采集到足夠的訓(xùn)練樣本，而這對于一個中風(fēng)病人來說是比較困難的。于是學(xué)生提出，能不能考慮犧牲掉一定的準確率，但能大幅縮短訓(xùn)練時間，提高系統(tǒng)的實用性。經(jīng)過討論、實驗、不斷嘗試，目前所使用的算法訓(xùn)練時間只需一分鐘，平均準確率為84%，而判斷時間只要一秒鐘?！拔覀円郧靶枰?秒鐘才能出結(jié)果，所以我覺得非常好。”閆錚滿意地說。
“我只是考慮從純粹的研究上做到盡善盡美，并沒有考慮到應(yīng)用方面。而學(xué)生考慮到了。目前所呈現(xiàn)在我們面前的這個使用‘機械臂’進行反饋，以一個漂亮的類似游戲的界面進行引導(dǎo)，并且算法、訓(xùn)練只要一分鐘的成果，都是在我們?nèi)A大學(xué)生的創(chuàng)新中誕生的?！遍Z錚自豪地說。
提升患者康復(fù)指數(shù)
夢想做成家用設(shè)備
閆錚和他的學(xué)生團隊研發(fā)出來的“主動型中風(fēng)康復(fù)系統(tǒng)”，從技術(shù)層面來講，填補了市場空白，而且相比傳統(tǒng)技術(shù)更具優(yōu)越性，表現(xiàn)在四個方面：一是康復(fù)主動性，強調(diào)患者參與康復(fù)治療的主動性，以受試者的主觀想象意識為激勵源，從而獲得更好的恢復(fù)效果；二是系統(tǒng)便捷性，使用可靠的記錄電極以及較少的記錄通道數(shù)，使用體積小的可攜帶式設(shè)備，采用無線通訊的數(shù)據(jù)傳輸方式；三是體驗趣味性，友好的用戶界面、人性化的設(shè)計以及實時的信息反饋，不僅通過大腦想象，更在視覺、聽覺等方面給人以直觀感受，使患者更容易接受治療訓(xùn)練，同時也增加康復(fù)的自信心；四是機體無損性，區(qū)別于傳統(tǒng)對病人盲目性治療或腦部人工手術(shù)，無損害地直接鍛煉腦部神經(jīng)。
現(xiàn)在，閆錚已和廈門中山醫(yī)院等達成合作協(xié)議，把這套設(shè)備投入臨床試驗，并已在6名殘障人士身上進行試驗。他希望兩年后自己這個國家項目結(jié)題時，能采集到40人的試驗數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析以驗證系統(tǒng)的有效性。
閆錚希望這項研究成果最終可幫助到真正的患者。他表示，下一步，會把這套設(shè)備長期放置在合作醫(yī)院，以便積累更多的數(shù)據(jù)。而他的構(gòu)想和最終目標，是把這套設(shè)備做成一套家用設(shè)備?！耙驗樗僮骱唵?，不需要大型儀器或?qū)９╇娫磥砼浜?，只需要一臺小小的電腦加上我們的軟件就可以了，不會太貴，家用會很適合?！彼硎?。在這個意義上，閆錚認為，從社會效益來講，這套系統(tǒng)既提高了中風(fēng)患者的康復(fù)效果，又減輕了社會負擔(dān)，使病人及其親屬的生活質(zhì)量得以提升。
期待實現(xiàn)導(dǎo)師囑托
建立東南腦-機接口
技術(shù)研究基地
腦-機接口是生物醫(yī)學(xué)工程、神經(jīng)康復(fù)工程領(lǐng)域新興的交叉研究領(lǐng)域，其提出才20多年，也是近年來的研究熱點。在中國國內(nèi)，在這方面做得比較好的高校僅有幾家，如清華、華南理工、上海交大、浙大、川大等等。而在整個福建省，這個研究方向還未見較為突出的成果。
閆錚說，自己的導(dǎo)師在自己即將來華大工作時，殷切地希望他能在中國的東南把腦-機接口這個實驗點建立起來。對于導(dǎo)師這個想法，他時時銘記于心。
現(xiàn)在，閆錚來到廈門、來到華大已經(jīng)一年多了，他感覺這里很多條件確實不是很理想，但也覺得自己還是有很多事情可以做。他打算繼續(xù)實施本科生研究訓(xùn)練計劃，以解決學(xué)生不足的困難?！暗侥睦锒紩龅嚼щy，但是我想總是可以想辦法解決的。”閆錚滿懷信心地說。而他的實驗室，未來則計劃聚焦兒童多動癥、孤獨癥和成年人的癲癇等，結(jié)合自己2011年引入的腦網(wǎng)絡(luò)方法，針對特殊人群疾病進行診斷和治療的研究。
目前，“華僑大學(xué)認知計算與應(yīng)用研究所”在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和信息學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷下即將成立，身為所長的閆錚說：“現(xiàn)在我要考慮的不光是做研究工作，還必須不負學(xué)校給予我們的支持，打造一支基礎(chǔ)扎實、創(chuàng)新十足、具有科學(xué)探索精神的團隊。對于我個人來講，或許本非我所擅長，但是考慮到團隊對于科學(xué)研究不斷深入的重要性，也要迎難而上?！?
