仿生机器人学概论.docx

《仿生机器人学概论.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仿生机器人学概论.docx（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、仿生机器人学概论仿生机器人学概论读Directcontrolofparalysedmusclesbycorticalneurons有感机械设计制造及其自动化XXXX班WdlU201XXXXXX关于侵入式脑-机接口的探索读Directcontrolofparalysedmusclesbycorticalneurons有感Directcontrolofparalysedmusclesbycorticalneurons神经运动弥补术于2020年发表于nature。并被评为当年的最佳论文。由于其打破先前的常规研究，省去了对神经电信号的收集、解码、再输出的繁琐经过，直接将脑细胞的电信号通过人造电路传输到

2、运动神经元进而实现对目的肌肉的意识控制。这样便省去了复杂的解码经过，也大大降低了技术难度和设备体积。使通过人工设备恢复神经中枢受损而导致的瘫痪病人恢复运动能力变得愈加现实。下面便是我读过这篇文章后的一些感想与遭到的启发。文章指出将控制信号从大脑直接通过人工电路连接到执行器是一个潜在的治疗脊髓损伤所造成的瘫痪的方法。然后，这样的信号能够控制肌肉的电刺激，进而恢复瘫痪肢体的运动。以前独立的实验表明，无论是与真实运动或虚拟运动有关的运动皮质神经元的活动，都已经证明能够被用于控制电脑光标或机器人手臂，并且能够用功能性电刺激来激活瘫痪肌肉。在这里，本文中所述实验表明，能够用运动皮质的神经元细胞的活动来直

3、接控制肌肉的刺激信号，进而恢复目的定向运动的暂时瘫痪的手臂。此外，神经细胞能够控制得同样出色，无论之前与运动的联络怎样，神经元都能够很好地控制功能性电刺激，这一发现大大扩展了脑-机接口控制信号源。猴子学会使用这些人造肌肉皮层细胞连接，产生双向手腕扭矩，并同时控制多个神经肌肉对。这种直接转换能够实现由独立电子电路实现从皮层活动到肌肉刺激的连接，创造一个相对自然的神经假肢。这些结果初次证实了直接人工皮质细胞和肌肉之间的连接能够弥补中断生理的途径进而恢复瘫痪肢体运动的意志控制。脊髓受伤损坏了从大脑到肢体的神经通路，但运动皮质和肢体事实上都是正常的，近年的研究显示，瘫痪多年的患者仍然能够有意识地调节手

4、部的运动皮质。其它的脑-机接口研究都使用复杂的算法来解码与任务相关的大量神经活动，并以此来计算所需的对外部设备的控制参数。作者另辟蹊径，直接连接皮质神经元细胞活动控制病人的瘫痪肢体刺激来重新建立肢体功能。这个实验表明了猴子能够学会使用从任意运动皮质神经元细胞的人工联络对传递到多块肌肉上的刺激分级，进而在瘫痪的手臂上恢复有目的的运动。在先前的生物反应研究中，猴子迅速地学会控制运动皮层中的孤立神经元的放电率来获得奖励。作者将类似的自发反响调节技术应用于两只猴子的运动皮层中控制手和手腕区域的单个神经元。通过平滑的放电率使光标在显示屏上位置的显示对用意志控制细胞运动进行了测试，在实验中猴子会因维持细胞

5、活动在任意的高放电率或低放电率目的值之间而得到奖励。对大部分细胞的定向调谐也是以等距的二维腕目的追踪任务为特征，该实验对与运动或定向调谐没有选择性偏差。固然细胞活动直接控制光标，在先期试验中猴子经常会继续产生手腕转矩。然后我们阻断外围神经刺激，将腕部肌肉进行局部麻醉。尽管前臂失去了运动功能和感觉反应，在神经阻滞后猴子仍然用细胞活动控制光标。实验显示固然进行局部麻醉后失去了屈肌和伸肌扭矩，猴子仍然用意识控制细胞活动。猴子无法完成二维扭矩追踪任务确认了神经的阻滞。试验中将细胞活动转化为相应的刺激传递给瘫痪的肌肉，产生功能性电刺激。如今光标由手腕转矩控制，猴子会因维持功能性电刺激所引发的转矩在中心即

6、零转矩周围范围内持续0.5到1.0秒而遭到奖励。为了让猴子给收缩力分级，当细胞放电率高于阈值时，使刺激电流与细胞放电率成线性关系。在后续的练习中，猴子也学会了通过细胞活动愈加准确地控制转矩，进而产生更少的错误，总是在最初的尝试后便到达目的。目的收集误差是指当目的显示于中心时触发器却获得了其周边的目的。最佳表现时，猴子只会产生0.85.1%，在训练初期每个细胞20.728.9%。它们在最佳时候会比训练初期获得目的失败率减少81%。为了测试功能性电刺激能否会遭到细胞活动减少的控制，我们用与细胞率成反比例的刺激电流作用于11个细胞。猴子学会了控制刺激用这个反比例关系与正比例关系一样好，在细胞率和刺激

7、电流之间，每分钟获得13.43.9个目的并且在最佳状态时实现零错误。文中还通过实验证实，单个细胞的活动可以以被用来控制刺激拮抗肌组织和恢复双向运动。固然整个实验都是在猴子身上做的，但是这项技术有望用于人体中。有很多实验室都对非侵入式脑-机接口进行了深化的研究,包括华中科技大学的实验室。非侵入式脑-机接口由记录电极记录头皮脑电信号,信号经过放大、滤波、形式转换后通过特征量提取及形式识别以控制外部装置。头皮脑电信号的记录相对容易很多,缺点是这些信号是一种被滤过的,平均的反映大脑状态的信号,而且对头皮脑电波的解码是相当繁重和消耗时间的。而侵入式脑-机接口能够准确的反映大脑皮层神经活动,因而运动神经弥补术有着更好的应用前景。这篇论文对侵入式脑-机接口又有了不一样的研究，而不是拘泥于已有的技术。这种通过人工电路直接将大脑发出的神经信号传输于受控部位的运动神经元使得大脑对肢体的控制愈加准确而不会引入机器计算的误差。随着技术的不断发展，我们还能够将电磁发射设备做到芯片级并且使其与人体有着很好的相容性。这样我们便能够将脑细胞电刺激收集设备做成芯片植入脑中，再在运动神经元出植入相应的接收设备，进而使脑部控制信号能够很好的传递到目的肌肉，进而使因神经通道遭到损坏的瘫痪病人得到有效的治疗。谢谢！