Brain Computer Interface (BCI)- I

讓癱瘓者以心靈感應來與外界溝通
新聞來源 [民生報醫藥新聞 2004-11-18 《醫學工程》人腦與電腦連線 神經傳達無障礙 ]
手掌套上了機械手臂，癱瘓的人竟然可以靠著腦波傳達意念，藉由意志來控制電動手部義肢，輕鬆的拿起了杯子。成功大學教授林宙晴（右）：「讓他手部可以握起來，利用馬達的力量握起來的，後面有彈簧可以彈開。」
　　人腦和電腦可以心電感應?! 如果可以讓電腦幫助神經系統疾病患者執行心中的想法，如打開電燈或坐起來等，該有多麼完美！
　　用人腦驅動機械以前是科幻電影情節，如今在台灣已經有具體成果。成大醫院神經部 助理教授林宙晴結合成大資訊工程研究所、機械工程研究所等單位所組成的聯合團隊，歷經五年研發，研發腦波辨識的「心靈感應」，目前已有初步成果，完成人腦與電腦介面運用於手部行使握取的輔助原型設備，能用來操控機械義肢及燈光開關。
　　成大醫學中心神經部臨床助理教授林宙晴表示，成大聯合團隊的研究已完成一個初步的非侵入可攜式系統，將電極貼在頭皮上，腦波訊號由可攜式電腦記錄並辨識，系統的辨識率達 60% ，做到控制電源開關，並讓套在手上的「電動式手部握取輔助器」做出拿杯子、握物等動作。使用者可以意念控制 2 個開關或者 1 個電動手部義肢。
　　目前，「電動式手部握取輔助器」尚處於機械原型階段，但最關鍵的腦波訊號電腦記錄、辨識技術已有具體進展，且辨識率不錯。最近也完成無線傳輸改進技術，希望使用者可不受電線羈絆，將腦波訊號傳給電腦。為讓使用者方便學習、使用，團隊正研發簡易系統使用指令操作說明。
　　國內建立電腦與人腦介面的研究團隊，除了成大之外，只有台北榮總。林宙晴表示，在研究的角度上，成大的重點在「腦波辨識」，與北榮以神經影像為主不同；成大在相關儀器設備上同時進行縮小化，有助於讓這項研究成果能夠推出實驗室之外，成為實用設計。
　　林宙晴表示，電腦人腦介面的開發，是在建立大腦正常控制周邊神經和肌肉路徑之外，可與外界溝通的管道。中風、脊髓損傷和運動神經元疾病等神經系統疾病，會使大腦喪失控制手腳活動的能力，即手部還在但神經控制已經消失，因而無法做出動作與外界溝通。雖然藥物治療和復健的成果越來越好，還是有部份病人無法恢復到可以與外界溝通，電腦人腦介面的開發，在幫助這些病人完成日常生活的活動。
　　林宙晴指出，這套系統的難度在於如何辨識變化莫測而難以分類的腦波訊號。人類擁有各式意念和想法，哪一類適合辨識？如何練習可讓患者與電腦配合得更好？這些都是介面實用化的關鍵。
　　他說，新的溝通管道有許多種可能，包括腦波的變化、腦血流量的變化、功能性磁振造影和光學頻譜分析。目前最常用的，是藉腦波變化來建立人腦與電腦間的介面，原因是反應靈敏且設備成本較低廉。在頭皮上記錄腦波是非侵入性的檢查，對患者完全無傷害，是研究的熱門方向，成大團隊就是在這上面做研究。
意念驅動機械

林宙晴
醫師籍貫：台灣彰化
學歷： 美國凱斯西儲大學 (Case Western Reserve University) 醫學工程博士　　　
國立陽明醫學院醫學士
經歷： 國立成大醫學院附設醫院住院醫師
現任：神經科部 臨床助理教授專長：電腦人腦介面、周邊神經疾病之治療、神經再生

　　大腦是控制身體和與外界溝通的中樞。這裡所謂的溝通是廣義的溝通，包括操作工具，行動位移以及和其他人交換想法。許多神經系統的疾病諸如中風、脊髓損傷和運動神經元疾病會使大腦喪失控制手腳的活動能力而無法做出動作因而無法與外界溝通。過去的治療方式著重於初期的藥物治療以及隨後的復健訓練。隨著醫學的進步，藥物治療和復健的成果也越來越好，但是仍有部份病人無法恢復到可以與外界溝通。這些患者需要他人的協助才能完成日常生活活動，不但患者本身痛苦也增加照護的負擔。
　　電腦人腦介面的定義是再建立一個原有管道之外的新溝通管道。患者可以藉由這個管道將心中的想法和意念（例如想要打開電燈或者想要坐起來）傳遞給電腦，電腦再將之實現化。新的溝通管道有許多種可能，包括腦波的變化、腦血流量的變化、功能性磁振造影和光學頻譜分析皆可以用來新的管道。其中最常用的為腦波的變化，原因是反應靈敏且設備價錢較低廉。其中在頭皮上記錄腦波是非侵入性的檢查，對患者完全沒有傷害性，更是研究的熱門方向。
　　現在世界上有許多研究團體在從事這方面的研究，我們在成大也有一個聯合團隊在做這方面的研究。研究的難度在於如何將變化莫測而難以分類的腦波訊號加以辨識。另一方面，人有各式各類的意念和想法，哪一類的意念和想法適合辨識，如何練習可以讓患者與電腦配合更好，也是使此介面實用化的關鍵。目前我們已經完成一個初步的非侵入可攜式系統，電極貼在頭皮上，腦波訊號由可攜式電腦記錄並辨識。系統有不錯的辨識率，使用者可以以意念控制兩個開關或者一個電動手部義肢，並且正朝無線傳輸改進，讓使用者可以不受電線的羈絆而將腦波訊號傳給電腦。相信此技術應可改善患者的自主性，進而改善其日常生活品質。相關的技術也可以運用在正常人在特殊場合的工作。

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