对于卒中和脊髓损伤引起手部残疾的患者而言，生活充满艰辛和困难，他们甚至不能独立地完成日常琐事。而发明出一个非常轻便的便携式手外骨骼成为科学家们的美好愿望。近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家Luca Randazzo利用José del R. Millán领导研发的脑机接口技术开发出帮助这些患者日常生活的新型手外骨骼。

尽管Randazzo在瑞士日内瓦大学生物技术研究所的实验室配有步行机器和用于步行辅助的商业外骨骼，但Randazzo还是决定从零开始。他解释说，当我加入实验室后，我添加的第一件东西就是一台用于制作可穿戴设备的缝纫机。

轻便、便携、适应性强的外骨骼

这个新型外骨骼使用方便，患者可以在几分钟内轻松快速地将手外骨骼用尼龙扣绑缚在关节上。沿着每根手指背面的金属缆绳可充当柔软的肌腱，使手掌自由活动，以最大限度地感受手的感觉。一个胸部背包装着可以推动和拉动不同缆绳的电动机，当缆绳被推拉时，手指可弯曲或伸出。

外骨骼可根据设计进行调整，以便根据患者的体能状况选择控制接口。控制接口可以从各种各样的系统中进行选择，从严重瘫痪的眼球运动监控到基于智能手机的语音接口，再到残肢的肌肉活动，以及所有可使用头戴式耳机读取脑波活动的方式。

意想不到的大脑信号改善了外骨骼的控制

科学家们决定通过一个脑电图耳机来追踪外骨骼的脑波控制，这个耳机可以在使用外骨骼时测量患者的脑波。他们发现，由该装置引导的手部活动激起了大脑在健康手部活动中的典型模式。但他们还发现，外骨骼引导的手部活动与患者驱动的脑机接口相结合，产生了一种特殊的大脑模式，实际上可以促进设备的控制。

控制身体运动的大脑部分被称为运动皮层，实际上它被分成左右两侧。控制左手时右侧运动皮层发生主要作用，反之亦然，这一神经系统的特性就叫做对侧控制。

正如所预期的那样，科学家们在外骨骼引导手部运动的人中观察到这种对侧脑波活动。但他们也注意到，当受试者被要求用脑波控制手外骨骼时，脑波数据中也出现了连续的同侧模式。换句话说，当这些人被要求用脑波积极移动外骨骼时，通常认为控制另一只手的大脑部分也被调动起来。

科学家们认为，这种由设备提供的自主控制和一致性反馈相结合产生的大脑活动可以用来改善这些设备的大脑控制。

Millán解释说，用脑波活动加强对手外骨骼的控制，很可能是由于外骨骼的性质提供了丰富的感官反馈，使受试者的参与度更高。反馈是由使用者对手的位置和运动的感知提供的，而这种本体感觉至关重要。

到目前为止，手外骨骼已经在卒中和脊髓损伤引起残疾的患者中进行了测试。接下来的工作是完善这个系统，既用于辅助目的，也用于帮助患者在家中日常生活，甚至可以作为康复工具。

Randazzo补充说，希望通过将无缝衔接的人机接口和便携式设备相结合，促进日常生活中的功能性使用，改善患者生活质量。

（环球医学编辑：石 岩）

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