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中风是成年人残疾的原因之一。美国每年约有70万人中风。许多患者中风后会出现肢体不协调的情况，这时候需要大脑学习如何重新支配和控制它，其实这是非常困难的一件事，需要耗费大量的时间和精力。对于很多中风患者来说，复健是一个需要漫长努力的过程。
上肢对于生活来说非常重要，中风患者的上肢不协调也非常常见。科学家们研究了一种脑机接口系统——Ipsihand，通过大脑自身的训练，以帮助患者尽快恢复健康。研究发表在《Stroke》杂志上。
▲Ipsihand系统包括一个能够读取脑电波的脑电图（EEG）帽子，以及一个帮助控制手臂的机械外骨骼装置。（图片来源：华盛顿大学圣路易斯分校）
这套系统由来自华盛顿大学圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）的研究人员开发的，系统包括一个能够读取脑电波的脑电图（electroencephalography，EEG）帽子，以及一个帮助控制手臂的机械外骨骼装置。患者佩戴EEG帽，上面有许多电极，能够识别患者何时试图移动和控制手臂，然后将这些信号翻译并发送至前臂的机械外骨骼装置上，机械支架会根据翻译的意图，帮助肢体按照患者的大脑意图进行动作。外骨骼装置能够执行展开或回握的手部动作，将手以钳状抓握和移动。
通过反复的训练，这套系统可以改善慢性中风患者的状态，帮助手臂恢复一些运动功能。
我们通常认为，肢体的控制与对侧大脑相关，但是研究人员发现，同侧大脑中的小块区域在动作规划中发挥了重要的作用。文章第一作者David Bundy博士一直以来致力于大脑控制四肢的研究，他发现，当我们移动左手时，特殊的电信号会首先在大脑左侧的运动区域出现。在几毫秒内，右侧的运动区域开始变得活跃，运动意图转化为了手部肌肉的实际收缩。
那么对于左侧肢体偏瘫的患者来说，右侧的大脑运动区域受到了损害，但是此时，左侧大脑经常是依然完整的。这意味着许多中风患者仍然可以产生指示肢体移动的电信号，只是由于具体执行移动计划的对侧区域受损，所以信号难以执行。
对于只有一侧大脑受损的中风患者来说，另一侧的大脑还是完好的。他们可以通过训练大脑未受伤的部分接管受伤部分的功能。
▲Ipsihand检测大脑未受伤部分（绿色）中的电信号，控制装在瘫痪手（绿色）上的外骨骼。通过这套系统帮助训练未受伤的大脑区域接管以前由受伤区域（红色）执行的功能。（图片来源：华盛顿大学圣路易斯分校）
研究的通讯作者Eric Leuthardt教授表示，“如果你能将与移动同侧肢体相关联的那些运动信号与手的实际动作联系起来，那么你的大脑将会产生新的连接，让大脑未受伤的区域接管已经的瘫痪的手臂。”
Leuthardt教授在阐明设备的基础科学理论方面发挥了关键作用，他与华盛顿大学工程与应用科学学院（Washington University School of Engineering & Applied Science）生物医学工程教授Daniel Moran博士合作开发了Ipsihand，并共同创立了Neurolutions公司。
为了测试Ipsihand设备，研究人员招募了中度到重度的中风患者，并训练他们在家中使用Ipsihand进行复健。研究人员鼓励患者每周至少5天使用这套设备，每天10分钟至2小时。13名患者接受了治疗，最终有10名成功完成了研究。
受试者每两周会进行一次技能评估，使用这套设备12周后，患者的平均分数增加了6.2分，达到了57分。
Leuthardt表示，评估分数增加6分是生活质量一个有意义的提高，“对于一些人来说，这代表着他们是否能够自己穿上裤子。”
Neurolutions公司还将继续Ipsihand的研究，相信随着技术的提高，大脑信号能够被更精确的读取，这款设备能够为更多的中风患者带来生活质量的改善和帮助。
参考资料：
[1] Ipsihand, a Stroke Rehab Device ThatDeduces Intention Directly from Brain
[2] Contralesional Brain–Computer InterfaceControl of a Powered Exoskeleton for Motor Recovery in Chronic StrokeSurvivors
