2015年4月9日 星期四

截肢者新希望 仿生手取代侵入性手術

殘疾人士使用腦電圖頭套及仿生手抓取桌上的物品。圖/安德魯·楊·培克提供
【記者邱劭晴綜合報導】美國休士頓大學(University of Houston, UH)於3月30日宣布研發出能用大腦意識操控的仿生手,且無需侵入人體,讓截肢者不必再承受植入電極的手術風險。

 團隊使用一種名為「腦電圖」(eletroencephalogram, EEG)的神經影像技術記錄大腦活動。他們將導電電極放置在頭皮上,從大量的大腦神經元記錄電活動,找出控制手部動作的大腦信號。

 另一方面,實驗更搭配含有彎曲傳感器的手套,以記錄手的活動以及手指關節的彎曲。研究生安德魯‧楊‧培克(Andrew Young Paek)解釋,大腦和手的活動被同時記錄下來後,團隊就能嘗試找出大腦活動和手的動作之間的連結。

 然而,由於沒有人能確定下達手部動作命令的信號模樣,也難以從腦電圖判斷手勢。團隊利用能從腦電圖推斷可能動作的電腦演算程式,嘗試將腦電圖信號翻譯成各種手部動作的命令。

 團隊記錄健全者的大腦和手的活動,讓仿生手讀取信號以重複同樣動作,但實驗過程亦碰上許多難題。研究生張宇航說:「腦電圖信號不穩,而且常被一些如眨眼、肌肉運動或電極電路的移動等因素干擾,使得解碼變得困難。」解碼也需即時進行,讓她在設計解碼器時覺得更具挑戰性。

 培克對研發的成功感到高興,但認為整體技術尚有進步空間,因為準確度只有八成,仍無法應付日常生活所需。「想像你要拿起一杯水,但每五次就有一次會失敗。」

 過去製作的仿生手多由身體部位控制或肌肉傳輸的電信號(又稱肌電圖,electromyography, EMG)操控。肌電圖藉由連接皮膚並紀錄殘肢動作的電極收集資訊而成。這些肌電控制裝備經常有維修、讀取信號的問題,許多截肢者因此更傾向使用移動肢體就能操縱的義肢,但這樣的義肢能力有限,通常只能開合手掌和轉動手腕。

 目前研究團隊希望能幫助截肢、脊髓損傷、中風者恢復活動能力。但就長遠來看,這項技術可能取代現今許多介面,例如將電腦鍵盤或滑鼠變成腦電圖頭套,就能用大腦意識打出所想的文字或控制滑鼠游標。

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