依靠介入頭部的 2 個感測器，法國里昂的一名癱瘓男子 Thibault 實現了操控外骨骼裝備來助力行走。

科學家將 2 個植入物放置在 Thibault 大腦表面的運動控制部位，每個植入物有 64 個電極，同時有軟體可以將電極讀取的腦電波轉換為運動指令。

10 月 3 日，法國格勒諾布林-阿爾卑斯大學教授 Alim-Louis Benabid 將這個研究發表在《柳葉刀-神經生物學》（The Lancet Neurology）上。

71%解碼成功率

4 年前，Thibault 從一個夜總會 15 米高的陽臺掉下來，導致四肢癱瘓，之後的兩年他一直躺在醫院的病床上。2017 年，他接受了法國 Clinatec 公司與格勒諾布林-阿爾卑斯大學的外骨骼研究實驗。

最初他在視訊遊戲裡訓練控制虛擬角色，之後穿上這套外骨骼裝備最終實現了行走。

這個研究在 2017 年 6 月 12 日到 2019 年 7 月 21 日期間進行。經過 20 多個月各種型別訓練，Thibault 已經可以憑藉大腦訊號控制這個外骨骼裝備，並可以實現緩慢行走以及暫停。當他想走路時，這個外骨骼機器人就會發生一系列動作，讓他的雙腿向前移動。他還可以控制手臂自由活動。只是從大腦發出指令到實現運動有 350 毫秒的時差，否則系統就難以控制了。

這套裝置是一種吊裝式的安全行走系統，看起來像一套遊戲裝備，它能夠提供長時間的高解析度腦電記錄，並將運動意圖進行實時解碼。

30 歲的 Thibault 表示，對於他這個兩年不能走路的癱瘓患者，現在他行走的時候感覺就像阿姆斯特朗在月球漫步。

這套裝置重達 65 公斤，所以尚無法讓患者實現完全自主運動。四肢癱瘓的患者直立行走有困難，他需要安全保障裝置吊在天花板上，以避免跌倒。這也是這套裝備還不能走出實驗室的主要原因。

Thibault 在視訊遊戲裡的成功率為 64%，現實中使用這套裝備碰觸目標的成功率為 71%。現在，研究人員計劃讓 Thibault 訓練用手指抓取物體。

半侵入式的腦機介面

神經外科醫生 Alim-Louis Benabid 是 Clinatec 公司的創始人之一，他希望這家創辦於 2006 年的公司能夠幫助那些四肢癱瘓的患者、神經退行性疾病患者以及預後不良的癌症患者。

圖 | Thibault 大腦表面兩側放置了 2 個植入物，可讀取控制運動的腦電訊號。（來源：FONDS DE DOTATION CLINATEC）

他們給 Thibault 使用的電極不刺入大腦。這種硬膜外皮質腦電（ECoG）具有半浸潤性，解碼模型可以每 7 周校準一次。這套系統是無線控制，顱骨植入式，且具備長期生物相容性。

這套外骨骼是一個機器人神經假體，具有 4 個可穿戴且完全機動化的肢體，有 14 個關節。患者身負一個揹包計算機來接受皮質腦電訊號，後者被解碼為一維、二維或三維的運動訊號。後者每 100 毫秒就被髮射到外骨骼控制器，轉換為執行指令，從而產生運動。只是這套系統沒有平衡裝置，因此需要天花板上的裝置來防止跌倒。

Thibault 的手術是在全麻狀態下進行的，這是一個半侵入式的手術：5 釐米直徑的顱骨切開術，電極在大腦硬膜外放置可防止顱內感染，大腦無電極穿透，無線訊號傳輸。

研究人員本來招募了 2 名受試者，其中一名受試者在植入物放置啟用後很快中斷了通訊，於是退出了測試。只有 Thibault 完成了測試。

專訪美國從事康復醫學研發的博士林方：這是高位截癱患者的福音

DeepTech：這個外骨骼裝置看起來比較笨重，遠遠沒有科幻中的便捷，那麼怎麼評價它在臨床上的突破？

林方：科幻中的外骨骼，比如說鋼鐵俠那樣的，基本上是生物學上的外骨骼含義，類似螃蟹的殼，鋼鐵俠的外骨骼就是殼。

而設計來幫助增強人體功能的外骨骼，也就是這篇論文裡報道的這種，雖然也會有可穿戴性，和殼的概念是完全不同的。這種叫 powered exoskeleton，即有動力的外骨骼。這種外骨骼不可能是殼的形狀，而是由動力驅動來完成或輔助完成人體本來的運動功能。

論文報道的外骨骼確實也比康復醫學中已經應用的幾種外骨骼系統更為笨重，主要是這個系統針對的是高位截癱病人，比如報道中的 Thibault 是自肩膀以下癱瘓，這樣的截癱屬於四肢癱瘓，連手臂都不能發力，所以給他們用的外骨骼系統必須提供可靠的直立支撐功能，而不像其它一些系統比如 SuitX’s Phoenix 那樣輕巧，後者是給上肢功能齊全可以使用手杖支撐身體直立的下肢癱瘓患者。

DeepTech：與其他腦機介面研究相比，這個研究在臨床上最大的優勢是什麼？

林方：該研究的突破在於使用了更先進的腦機介面技術以及整個外骨骼系統控制的訓練方式。

之前康復用的外骨骼是肌電訊號控制，而這個研究裡使用了腦機介面（也許不是首次），也就是依靠使用者的意念來控制外骨骼的動作。其突破具體而言，一是使用了皮層表面電極而不是腦組織的刺入式電極，二是植入了兩組電極可以控制身體的雙側也就是四肢，三是皮層電訊號的傳輸是無線的。

其訓練方式是循序漸進的，基本上是讓病人從控制單一自由度的肢體運動開始慢慢進展到可以控制 8 個自由度。

該研究的臨床優勢是，電極不刺入腦組織和無線傳輸訊號，侵入性低，創傷小也更不容易感染。同時，7 周不需要重新訓練定標，降低了病人和治療師的負擔。

DeepTech：這個裝置在虛擬遊戲中的成功率為 64%，在實驗室中成功率 70.9%，那麼是哪些因素影響到裝置操控的成功率？

林方：很多因素。皮層電訊號的品質、解讀的準確性（牽涉到使用什麼模型來解碼）、控制系統的魯棒性等等。

還有一個方面也是不可忽略的，就是病人一旦可以操控外骨骼系統行走和做各種日常活動（儘管仍然是比較簡單的），也就是說把外骨骼系統當成其身體的一部分了，而大腦有可塑性，會不會因此而使大腦的神經運動控制方式發生變化，所以解碼/控制系統的調整也不可能完全一調定終生，必須適時調整。目前是 7 周之後需要調整，那麼將來呢？所以什麼時候需要調整也是個非常有意思的研究問題。

DeepTech：外骨骼裝置的思路是不是目前最適合幫助癱瘓患者的？

林方：不一定。如何幫助癱瘓的殘障人士需要具體分析他們失去了什麼功能，身體還餘留了什麼樣的功能，他們的康復目標是什麼，這樣才能具體明白每個殘障人士需要什麼樣的幫助。外骨骼裝置僅僅是選擇之一而已，儘管是現在比較熱門的方面。