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半机械人:残疾人的未来

发表于2014-07-04 09:55| 次阅读| 来源《程序员》| 0 条评论| 作者Eliza Strickland

摘要:麻省理工学院的科学家们是从药物治疗到半机械人领域的引领者,Hugh Herr所在团队发明了许多高级仿生肢体,可用于行走、奔跑甚至攀岩。他们希望借此帮助人们更好地控制假肢,消除残疾。

麻省理工学院的Hugh Herr教授在三十年前的一次登山事故中因冻伤失去了双腿。术后,Herr对医疗机构提供的假肢一直不满意。他认为那样的假肢无法让他继续登山,医疗专家应该构建出不延缓行动的替代部件。

三十年后,Herr已经在用自己创造的仿生肢体行走。作为麻省理工学院媒体实验室生物机械电子团队的负责人,Herr发明了许多高级的仿生肢体,可用于行走、奔跑甚至是攀岩。Herr表示:“50年后,我们将大规模消除残疾。”他补充说不仅仅是消除身体上的残疾,还包括情感和智力上的病症。

Herr相信解决的方法不单靠生物学和药理学,还需要在身体中加入新型的机电设备。麻省理工学院的科学家们是从药物治疗到半机械人领域的引领者。全世界的工程师都在建立能直接和神经系统交流的电子系统,希望从根本上革新身体和精神疾病的治疗方法。Herr团队致力于帮助人们更好地控制假肢,其他研究人员则帮助病人更好地控制情绪。

此类项目面临的最大困难是对大脑控制人类行动、心情和记忆的电信号语言的有效处理。预计到2064年,神经学工程师能很流畅地模拟这些命令,通过重装使它们修复人们的缺陷。

Herr所在的实验室致力于研究先进的假肢,他们正在研制能够让被截肢者像控制血肉肢体一样控制的钛合金肢体系统。该系统的目的是记录和理解大脑指令,然后传送给假肢。该系统已经进行了早期测试,测试中,Herr使膝盖周围的肌肉收缩,就像自己在走路一样,然后用脉动电流记录仪捕获肌肉中的电信号并翻译成数字信号来驱动人造脚的微处理器。

身体残疾的人通常都是由一些事件造成的——例如登山事故。相反,类似精神衰弱的疾病通常不知道起始事件,有人不把这定义为疾病。精神衰弱只是日常的一种思想状态,神经科学家几年前发现精神衰弱能通过电流改变神经元的活动来治疗。深度脑刺激这类治疗精神衰弱的实验是使用植入脑部的起搏器发送脉冲给确定的脑区域,这项技术是治疗帕金森的先驱。


 电影《机械战警》主人公是半机械人的典型代表

超过十万的帕金森病人已经在脑部运动控制区域植入了电极,以抑制神经元的错误动作电信号。但像精神衰弱这种失调,治疗目标和作用机理都比较模糊。由美国总统奥巴马2013年宣布的“The BRAIN Initiative”计划将贡献数百万美元的资金来研制新型工具记录和分析脑活动。同时,欧洲的Human Brain Project使用超级计算机完全模拟人脑,更好地理解脑的功能。美国埃默里大学教授Mayberg说,在50年内,DBS和其他电子技术将成为精神病治疗法的主流。但这需要科学家像工程师了解电极一样了解神经元。

南加州大学生物医学工程教授Theodore Berger表示,一旦身体和精神上的残疾被攻克,伴随着老龄化的智力缺乏将成为下一个问题。Berger说:“我们活得越久,老龄化问题,特别是认知问题,将变得更普遍。一个有认知能力的假肢的花费将远远小于照顾一个有二十年痴呆的人。”

未来,Berger实验室的发明将帮助老年痴呆者装备有记忆功能的假肢设备。Berger起初将微小电极插入老鼠的海马体中,即大脑中辅助编码记忆的结构,并通过实验知道了怎样记录和存储记忆。之后,Berger就设想在假肢设备上装入记忆芯片。他和同事们已经进展到利用灵长类动物进行实验,接下来几年内将会进行人类实验。

Berger乐观地相信他的技术会被接受,但也能想象出反对的声音。Herr表示他也听说许多人害怕在身体上、情感上或智力上增加机电设备。Herr效仿那些人的典型言论:“我们会把人类改造得不再是人类吗?”但他相信,当病人从机器部件受益时,这些哲学问题都会被抛开。他想象着未来被截肢者获得自由,抑郁的人找到乐趣,年老者继续他们的生活。“人们正遭受苦难,但这即将结束。”

原文链接:http://spectrum.ieee.org/biomedical/bionics/we-will-end-disability-by-becoming-cyborgs

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