疾患者都能提高50%的自理能力。从科学上讲,一些残疾人如果能尽快地进入康复性训练,受损的功能逐渐实现自我恢复还是很有可能的。当然,这需要有很强的主动参与的意愿。脑电驱动的残疾恢复设备就是利用脑电波信号启动设备,带动患者试图控制运动的残肢,辅助刺激丧失功能的肌肉。这样,训练者努力想象运动自己本已残疾的肢体,肢体就能被机械带动运动,患者进而得到了视觉和心理上的强烈反馈。这就形成一个训练者想就能动的运动通路,给他很大的兴奋刺激,而这种神经上的兴奋正是患者增强对本已丧失运动能力的肢体上残存通路控制力的关键。而这个设备也许能为由于体操事故致残的我国著名体操运动员桑兰提供更大的恢复可能性。
“现在此项设备处于医院用测试阶段,我们希望它能尽快地给需要它的残疾人带来帮助。”高上凯教授说。
其实想象运动的设计并非一帆风顺,课题组的重要成员,洪波博士介绍说:清华的脑机接口算法是很先进的。我们根据空间域、时间域、频率域,三域信号合成分析的思路进行软件系统的设计。起初,这在离线的信号分析时显得非常成功,可是一旦进行实时的控制操作准确率低了很多,后来我们发现,我们的算法设计还是过于
复杂,而人类大脑对信息处理的方式却相对简单,而且大脑能够自学习,去适应外界的影响。所以我们就简化算法,同时增加让大脑和计算机相互学习和适应的功能。如此一来,人机双方都会逐步适应对方。经过这样的系统优化,算法简单精练了,实时控制操作的速度和准确度都提高了。

脑机接口应用演示
在用脑电驱动的辅助康复训练中,患者想象的是自己残肢的运动。而利用脑机接口遥控机器狗踢足球时,操作者想象的是左手、右手和脚的运动,这些信号分别在程序中被设定成机器狗控制方向上的左、右、前。如何能让机器每次都快速而且准确无误地“读懂”人的想象,很明显,人机互学习这一设计环节起了很大作用。当新使用系统的操作人操作之前一般要进行一些人机互学习,采集脑电信号的电极位置就放在人头顶左右两侧的对称位置,学习软件在互交界面上生成一个飞行的小球,在学习过程中操作者只要持续的想左(右),小球飞行就会受到想象的影响向上(下)运动。而当操作者通过想象对软件上小球的每次飞行运动能否进行有效的控制,软件都会给出“正确/错误”判断,而这将操作者的想象方式逐渐向有利于软件实施有效测量的方向进行引导。
另一方面,软件也会向人“学习”。软件可以通过自动的参数调节在判别速度和正确率之间找到平衡。速度越快,相应的判别正确率就会降低。当操作者的正确率较高时,计算机就会相应的提高判断的速度,最终找到正确率和判别速度之间的最佳平衡点。
减少所需信号源数量,实际上就是减少分布在电极帽上的电极数。这从两个操作员的所戴的电极帽上就可以看出分别。一个布满电极的电极帽据说来自荷兰,专业性很强且价格昂贵。另一个电极帽上只有三个电极,是清华用普通泳帽加工成的自制作品。而在“踢足球”时,它们的功能是一样的。都可以完满地完成任务。“更多的电极等于更多的输入信息,但信息量大将导致运算量的激增和运算速度的下降。影响系统稳定性的潜在因素也会变得更加复杂。另外成本也更高,所以我们要用最少的电极,简化系统设计,也便于实用化。”高小榕教授分析说。

操作者利用想象运动遥控机器运动
头皮脑电技术完全对人体无害吗?高上凯教授的解答消除了记者在此方面的疑虑,“我们谈到对人体的伤害一定是外界的能量作用在人体上,产生的刺激、影响。而现在的想象运动中采用的头皮脑电技术只是从人脑采集信号,没有来自外界的能量,当然就不会有伤害了。”
“不会有任何影响,唯一影响就是使用后可能要洗个头。”清华大学医学院生物医学工程系高小榕教授用玩笑做了一个令人印象深刻的补充。
视觉依赖的脑机接口
除了为残疾人康复训练起辅助作用的脑电设备,清华大学的脑机接口技术还能为残疾人生活实现简单控制的其他应用。比如打电话,开关电器开关,如电灯、电视、收音机等。
在利用视觉刺激拨打电话的演示中,演示者头戴发带,注视面前排列着发光的12个栅格的号码盘,每当用眼注视要拨的号码,号码盘上就显示出要拨的数字,用眼选择了完整的号码后就可以拨打电话了。演示中并不费什么时间,而且拨号正确率高达100%。另外,用视觉控制电器开关就更简单了,操作者很轻易地将各类电器按要求打开、关闭,显得游刃有余。
这里最大的秘密在于操作者面前拨号盘上,每个格子都闪烁着不同频率的白光,操作者头戴的发带后方有两个视觉信号电极,一个为主,一个为辅。主电极测量脑电信号,辅助电极是参考电极。当操作者注视某一频率的光源栅格时,发带上的电极将对脑电信号采样,从而