渐冻症可以打篮球和踢足球吗?

17岁以前,王绍军是一个还能在操场上肆意奔跑的健康少年。

那时他正读高三,紧张学习之余最喜欢踢足球,还是踢前锋,球队里他永远都是跑得最快的。

某一天,正在踢球的王绍军突然感觉小腿一阵无力,那一场比赛,他踢得不太好。

此后的每一场球赛,他都踢得很糟糕。

年轻时的王绍军(右)和母亲的合影

先是小腿没有力气,后来双腿走路都很吃力,骑车的时候遇到一个坡,瘦小的女孩轻轻松松就骑了上去,王绍军却蹬得很费力。

父母急忙把他送到了医院,确诊了一个他们从来没有听说过的病症: 腓骨肌萎缩症,也被称为渐冻症。

有名的物理学家霍金得的就是这种病症。

家人带着他辗转了无数医院,看了许多专家教授,但每一次都失望而归。

一位朋友是医学博士,不忍看好友这么奔波,直接告诉他们:“安心等待科学的进一步发展吧。”

言下之意,这个病,现在没得治。

那时的王绍军还没有意识到这个病症有多么可怕,只觉得就是没有力气走路而已,但对父母来说却是一个巨大的打击。

“你以后可怎么办啊?”母亲抹着眼泪,父亲也常常皱着眉头:“以后我们走了,谁来照顾你呢?”

王绍军却很乐观:“天无绝人之路,或许以后没那么糟呢?”

某天王绍军正在上课,堂哥突然慌慌张张地跑了进来,拉着他就往家里赶。

那一天,父亲突发疾病,没能救回来。

之后的几年里,奶奶和母亲相继离世,留下了王绍军孤身一人与病痛抗争。

大学毕业后,王绍军回到了家乡郑州,进入了政府工作,在单位里他永远都是最拼命的一个,因为他不知道自己还有多少能够自由活动的时间。

渐渐地,王绍军开始感觉到力不从心,走路常常会摔倒,上楼梯也需要搀扶,再后来, 他坐上了轮椅。

1999年,他坐着轮椅从郑州市来到了中牟县, 想做点“不用动腿只用动脑子的事”。

当时恰逢互联网兴起,王绍军敏锐地察觉到了互联网的大作用,搭上了“顺风车”。

王绍军发现当地盛产大蒜,但因为信息的滞后,以及传达和获取严重不对称,蒜农们常常会为了销路发愁。

王绍军当即开办了中牟县的第一个大蒜交易中心,把蒜农们的信息收集起来,并实时更新交易价格。

他免费向农民和经销商提供大蒜供需信息,但也因此掌握了大蒜价格的最新动态,做起了大蒜生意,赚下了人生的第一桶金。

此后的十几年间,靠着智慧与努力,王绍军坐在轮椅上赚下了2000万的资产,还遇到了自己的挚爱,拥有了一个幸福的小家。

日子好了,王绍军关注起了和他有着同样遭遇的残疾人们。

他创办了一个“超越残疾”论坛,号召大家一起努力,互相鼓励,帮助有困难的残疾人朋友。

2008年3月,有一位因伤致残的高位截瘫患者,因为长期坐轮椅,生出了严重的褥疮,还引发了骨髓炎,生命垂危。

她和家人在网上发起了求助,王绍军得知后联系到了深圳的一个爱心组织,在网上发起了募捐,还组织了一场残疾人画家的作品拍卖会,拍卖所得全部捐给这位残疾人朋友。

在爱心人士的帮助下,这位残疾人朋友成功得救,没有花完的钱还捐给了另一位需要帮助的病友,让爱心得以传递。

2008年北京奥运会前夕,王绍军还创作并投稿了《爱的传递》《期待》等歌词,《爱的传递》这首歌被选为了残奥会火炬传递的歌曲。

也是在这一年, 王少伟获成为了奥运会火炬接力郑州站的火炬手之一,当他坐在轮椅上,看到无数的国人向他欢呼,挥舞着手中的国旗时,他不禁泪流满面。

王绍军自立自强还热心帮助残疾人病友的故事被更多的人得知,也让无数人感动,2014年,他被评选为了全国自强模范。

王绍军总觉得自己还配不上这个荣誉:“我被评为全国自强模范,可我还没为残疾人群体做点什么。”

想着想着,王绍军就做了一个决定:“我要为那些和我有着同样遭遇的人做些事。”

身为残疾人,王绍军深刻地明白,除了生活上的不便,还要面对来自社会的一些冷眼和歧视。

最重要的是家人的压力和经济上的问题。

残疾人大多在家闭门不出,靠家人照顾,没办法自理,也没有工作,成天把自己关在一个小房间里,痛苦而绝望。

王绍军想要改变这样的状况,想让更多的残疾人能够走出家门,走入社会,自食其力。

上课前学生们会将轮椅放在教室外

在郑州市残联的支持下,王绍军在中牟县官渡镇租下了108亩的土地,准备打造出一个残疾人的“世外桃源”。

因为他本身就是残疾人,知道残疾人在生活中有哪些不便,所以整个基地从屋顶到台阶都由他亲手设计。

为此,王绍军投入了1000多万,妻子于淑娟极力支持自己的丈夫,从没有过半分怨言。

她曾见过丈夫被歧视的样子,也理解丈夫的想法:“我懂那种感觉,建基地能帮助更多人,是件好事!”

建造基地的时候,王绍军每天都要亲自监督,哪怕脑梗突发住院,也要在病床上拿着手机远程指挥,只为了打造一个理想中的“桃花源”。

河南残友培训就业创业孵化基地很快就建成了,省残疾人就业服务中心也提供了帮助,来到这里的每个人,都可以住在基地,包吃包住,还免费接受为期3个月的培训。

这份工作只需要有一台电脑,每分钟能打42个字,就可以远程上班,在家、在基地都能完成。

“社会上也有为残疾人提供的岗位,多是看大门、打扫卫生的工作,但并不适合所有残疾人,”王绍军说。

坐落于郑州市中牟县官渡镇的残友基地

在他看来,残疾人群体更坐得住,做事情也更加专注,也十分珍惜这来之不易的工作机会。

最重要的是,不需要直接去面对社会上的正常人,可以减少一些冲突和歧视,对一些长年闭门不出的残疾人来说,没有比这更合适的工作了。

2015年开春,基地迎来了第一批学生。

人不多,只有十几个人,年龄从十几岁到三十岁不等,他们中有的是脑瘫,有的是肢体残缺,每个人都耷拉着脑袋,满脸的麻木。

王绍军要求,三个月的培训期结束后,需要达到每分钟能打42个字,通过考试后就能正式上岗。

这在寻常人看来毫无难度的要求对于这些残障人士来说可能是一座无法逾越的大山。

他们中的大部分人都来自农村,从来没有接触过电脑,甚至大字也不识一个。

看着键盘上的那一个个陌生的符号,不少人萌生了退却之心。

但也有人不认命,34岁的李香(化名)就是其中之一。

她来自河南,是一位单亲妈妈,因为小时候得了小儿麻痹,终生与轮椅为伴。

生育了两个孩子后,那个曾经海誓山盟的爱人义无反顾地离了婚,留下她独自一人靠电动三轮车拉客拉扯孩子长大。

李香穷到了什么地步呢?孩子夜里发高烧,她没钱送医院,只能用物理降温,抱着孩子哭了一整夜,好不容易才退烧。

为了孩子,她必须寻找新的出路,在机缘巧合下她来到了基地,王绍军和工作人员热情地接待了她。

在这里,李香看到了很多和她一样坐轮椅的人,大家都是残障人士,昔日的异样眼光和歧视在这里不复存在,她觉得很舒服。

好不容易恶补了拼音,每分钟只能打2个字,三个月的培训期结束时,她也只能每分钟打出10多个字。

培训结束后,李香默默地收拾起了行李,准备离开。

王绍军把她拦了下来:“再学三个月,基地给你承担费用,你一定可以的。”

从王绍军的眼神里,她看到了从未有过的信任和鼓励,李香留了下来,刻苦努力,不仅是为了孩子,也是为了自己,更是为了不辜负王校长的信任。

三个月后,李香顺利通过了考核,可以正式上岗了!

王绍军一下就急了,为了给李香申请上岗证,不喜欢出门的他亲自跑了两趟浙江,和高层商讨。

“你看我也是一级残疾,但这不代表我的工作能力很差啊。”

一说起王绍军对自己的帮助,李香就泣不成声:“王绍军改变了我的命运!”

和她一样改变了后半生命运的还有裴奔康。

25岁的裴奔康因为幼时顽劣,触碰到了变压器,好不容易保住了双腿,但失去了双臂。

他也想过自立,学习了电脑技术,用双脚能熟练地操作鼠标,本以为能找到工作,结果老师不愿意帮忙,没有人愿意用他。

家人把他送到基地的时候,裴奔康十分抗拒。

“再学一次又怎样?不也是照样没有工作吗?”

因为没有双臂,简单地穿衣服和洗脸都需要别人帮忙,家人又不在身边,裴奔康只能依靠同宿舍的人帮忙。

他甚至恶意的猜测,等别人照顾他到不耐烦了以后,就会把他赶走了吧?

但同宿舍的一个哥哥每天都帮他准备洗脚水,帮他穿衣服,刷牙洗脸,其他的伙伴们看到都会帮忙。

大家的热情和善意让他不知所措,这是裴奔康在除了家人以外的其他人身上第一次感受到的温暖。

他既感恩,又觉得自己是个拖累,尽是给人添麻烦,而且其他人也是残疾人,他们都自顾不暇,却愿意无私地帮助他,这让他无所适从。

裴奔康逃跑了好几次,都被王绍军找了回来: “能用脚打游戏,就能用脚打字工作,你试过了再说不行,我送你走。”

抱着试一试的想法,裴奔康开始了学习,三个月后顺利通过了考核,还拿到了人生的第一笔工资,看着银行卡里增加的余额,他有些恍惚。

天气冷的时候,裴奔康因为要用脚打字,不能穿袜子,经常被冻得发白、开裂,但裴奔康一点都不觉得辛苦。

“和以前那暗无天日的生活比起来,这些都算不了什么。”

他还对未来有了期望:“我终于不是一个‘废人’了,也可以像健康人一样有梦想了,那就是找个对象、成个家。”

5年的时间里,基地实际培训残疾人4500多人、安置上岗就业3800多人,还促成了许多对影院,举办了两届集体婚礼,让63对残友组成了一个小家。

5年的时间里,基地实际培训残疾人4500多人、安置上岗就业3800多人,还促成了许多对影院,举办了两届集体婚礼,让63对残友组成了一个小家。

看着自己亲手创办的“桃花源”一天比一天壮大,越来越多的残疾人上岗就业,王绍军的眼中就满是星光。

可厄运专挑苦命人,一场意外差点要了王绍军的命。

被火烤着,他不敢叫出声

2020年年初,因为疫情原因,有14名残疾学员留在了基地,王绍军就叫上了妻儿,和学员们一起过个好年。

那时一个温暖的午后,王绍军准备去办公,儿子把电动轮椅推到了办公桌旁边。

突然,电瓶发出了奇怪的声响,三声过后,一阵火苗从底部窜起,瞬间就把他包裹住。

一旁的儿子吓坏了,伸手想把父亲抬起来,烧伤了手。

满脸痛苦的王绍军本想大呼出声,但看着尚且年幼、满脸不知所措的儿子。

想象一下,自己的父亲在自己的眼前被火炙烤,痛苦呼喊的样子将会留下怎样的阴影?

王绍军咬牙吞下了惊呼,缓慢的说着:“快,快去叫人。”

在重症监护室里待了近八个月,经历了大大小小的手术后,王绍军才转入了普通病房。

但这还不是结束,彻底“报废”的左胳膊、脑梗、痛苦的烧伤恢复期,每一样都在折磨着他。

王绍军有时候也想着:“要不,算了吧,支撑不下去了。”

可以一想到自己的妻儿,还有在基地里等待着他的残疾学员们,他又咬牙撑了下来。

王绍军受伤的消息传开后,学员们自发组织了捐款,身边的亲朋好友们都伸出了援助之手,社会上的爱心人士们也汇来了捐款……

看着一张有一张的汇单和信件,王绍军的眼泪不住的落下:“突然觉得自己做的一切都有了回应,一切都是值得的。”

尽管还需要很长时间来恢复,王绍军还是坚持出院:“与其把钱给我一个人治病,不如用在基地里帮助更多的人。”

这一次的受伤也让王绍军意识到一些基地内的问题,如今基地还不算成熟,很多问题需要解决。

王绍军还打算扩建基地,把接收范围扩大到全国,还要提供更多的工作岗位……

但这些美好的愿景的实习都建立在他依旧健康的前提下:“倒下了,这些事怎么进行?”

“我当然希望能借助外界力量,帮助我们渡过难关。而对于我,早在最阳光灿烂的日子里,坐上了轮椅,我也知道后面的路会非常难走,是艰难的生、还是庄严的死?”

“我当然希望能借助外界力量,帮助我们渡过难关。而对于我,早在最阳光灿烂的日子里,坐上了轮椅,我也知道后面的路会非常难走,是艰难的生、还是庄严的死?”

基地后续的费用,工作岗位的对接,人员的管理问题……问题很多很杂也很难,但王绍军对此充满信心。

“这里以后会越来越好的。”

距离那场灾难已经过去了两年多,王绍军身上的烧伤还在恢复期,但他对工作的热情依旧不减。

基地又来了不少新学员,新宿舍还在扩建,工作人员们每天都忙得脚不沾地。

王绍军大多数时候只能躺在一张能够滑动的床上,但他依旧坚持和学员们多交流,了解大家的需求。

这些对话有时候很无聊,甚至夹杂着不少谩骂,但电脑面前的他们却有些享受。

因为在这一刻,世界真的把他们当做了正常人,即便是对着他们发泄情绪,但比起那些异样眼光下的廉价同情高贵得多。

王绍军和妻子还在商讨着后续的扩建计划,一阵清风拂面,夹杂着花香。

扭头一看,窗外有星星点点的花朵藏在草丛中随着微风摇曳。

“春天来了,一切都会好的。”

王绍军和于淑娟正在聊天

央视——《遍地英雄——王绍军:做个有用的人》

河南商报——《渐冻症患者在轮椅上遭遇火灾,仍笑对人生:投入助残事业,培训4500多位残疾人居家就业》

央视——《遍地英雄——王绍军:做个有用的人》

河南商报——《渐冻症患者在轮椅上遭遇火灾,仍笑对人生:投入助残事业,培训4500多位残疾人居家就业》

}

本文由赛先生(ID:iscientists)授权转载,作者: 洪波(清华大学医学院)

追求“蝴蝶一样自由的思维”,甚至是所谓“永生”,是人类美好的梦想。站在神经科学和神经工程的角度,今天我们离这个目标还很遥远,根本的问题在于我们对大脑的工作机制,特别是信息编码的规律知之甚少。

想象一下,如果有一天你醒来发现全身动弹不得,只能眨眨眼,你会怎么办?

法国时尚杂志ELLE主编鲍比就经历了这种事情。他现在只能躺在病床上,四肢无法动弹,甚至一点声音都发不出,唯一能做的只是眨一眨左眼。语言治疗师亨瑞特对他尽心照料,鲍比想对她说声谢谢,他需要在亨瑞特一遍遍复述法语字母表的时候,眨五次眼睛,才能“拼写”出MERCI这个法语单词。鲍比因为突如其来的中风,全身肌肉瘫痪,进入了完全闭锁的状态(Locked-in Syndrome),眨动左眼是他唯一和外界交流的方式,可是他的大脑和思维是完全鲜活而正常的,这种孤独与绝望可想而知。不可思议的是,鲍比竟然靠眨眼睛“写”出了一本回忆录《潜水钟与蝴蝶》,同名电影2008年获金球奖。在我主讲的《神经工程原理》课上,每当讲到“脑机接口”(Brain Computer Interface, BCI)的时候,一定会给学生们推荐这部感人至深的电影,因为我和所有从事神经工程研究的同行们都坚信,总有一天脑机接口技术会帮助鲍比这样的病人,让他们不再生活在密闭的“潜水钟”里,通过脑电或者神经活动自由地表达自己,让思想可以像“蝴蝶”一样自由地飞翔。

电影《潜水钟与蝴蝶》中的拼字板

其实像鲍比这样思维被封闭在瘫痪身体中的病人不在少数,著名物理学家霍金就是类似的症状,他患有肌萎缩性脊髓侧锁硬化症(ALS),也就是2014年夏天流行的“冰桶挑战”提醒公众关注的“神经渐冻症”。中国有一位年轻的神经渐冻症病人王甲,他也用“眨眼睛”的方式写了本书《人生没有假如》。“神经渐冻症”的发病原因还没有研究清楚,目前也没有治疗和康复的办法。病人在发病初期出现肌肉无力萎缩的症状,随着病程发展,逐渐失去运动、说话和吞咽能力,甚至需要呼吸机帮助呼吸。高位截瘫、重症肌无力等疾病也会带来运动和沟通的困难,他们同样需要脑机接口的帮助。

Walter医生用当时非常前沿的脑电技术和他的病人开了个“玩笑”。这些癫痫病人因为确定脑内病灶的需要,做了手术,脑内放了电极,贴近大脑皮层,可以获取非常清晰的神经活动。因为电极比较大,记录阻抗低,虽然不能记录单个神经细胞的放电,但能记录到电极周围神经细胞共同活动的场电位(Field Potentials)。这些病人会带着电极在医院生活一两周。Walter医生突发奇想,在病人们欣赏风光幻灯片的时候,偷偷把脑电电极连接到了自己发明的“电位转换器”上,把病人大脑运动皮层的场电位信号,转换成了幻灯机换片的控制信号。于是“心想事成”的奇迹发生了:病人每次打算换片,但还没有按动按钮时,幻灯机就已经知道了他的想法,自动换片了!这是脑机接口技术的第一次完整实现:采集大脑神经信号,翻译转换后控制外部设备。

这个概念在当时非常超前,只有科幻电影中才会出现。这个“玩笑”背后是Walter医生通过对脑电活动的定量测量和深入探索,发现了与注意和期待有关的脑电活动。在此之前,所谓“脑电”仅仅指每秒10次左右的节律性起伏(Alpha波),通过这种起伏可以推测人脑的警觉状态,不能反映精细的思维活动。Walter医生也是个非常优秀的工程师,他采用多次平均技术,去除噪声,得到脑电发明以来最“纯净”的脑内活动波形——事件诱发电位(Event Related Potential , ERP),从此科学家通过事件诱发电位定量研究大脑对外界视觉听觉刺激的响应规律,以及大脑内部认知过程的展开,从此打开了一扇研究人脑的新窗口。

2005年左右,脑机接口研究重新成为生物医学工程的研究热点。那年夏天在美国纽约州Albany的一个山谷里召开了一次脑机接口国际会议,参加人数超过百人。因为在会前的脑机接口数据分析竞赛中,清华大学的小组获得了非常突出的成绩,我随同高上凯、高小榕两位教授一起参加了这次会议。这次会议集中了世界上最早一批进入脑机接口领域的研究者,他们对发现新的脑电诱发方法,开发脑电信号处理方法等等都有独到的创新。

Wolpaw教授,他认为没有创伤的头皮脑电是脑机接口技术的未来,像霍金这样的运动残疾的病人只要带上脑电帽,就可以记录和识别一些简单的脑电活动,再加上计算机模式识别的帮助,就可以实现打字、控制轮椅等简单任务了。Wolpaw博士是一位包容的学者,他注意到另一类有创伤的脑机接口技术也取得了很大的进展,这类BCI通过外科手术,把硅电极阵列埋进大脑内部,获取大脑运动区的神经细胞放电,计算机解析后用来控制屏幕光标或机械手移动。这种技术虽然控制精细操作自如,但手术创伤的代价是不可避免的。布朗大学John Donoghue教授是有创脑机接口的主要代表,也被Wolpaw教授邀请来做大会报告。会上的争论非常激烈,有创和无创两种脑机接口技术之间的较量由此开始。

帮你“心想事成”的脑电帽

当你在阅读这篇文章时,如果戴上一个脑电帽,上面规则地排满金属电极(通常是银和氯化银电极),在每个电极位置小心地注入导电胶(通常是氯化钠和胶黏剂的混合物),让你的头皮通过导电胶和金属电极接触,再连接上生物电放大器,这时候就会在你前额和后脑勺的电极上检测到微弱的电位变化。这个电位变化反映你集中注意力的水平,但却无法检测你读到的文字和具体的思维活动。如果把我们的大脑比喻成一个巨大的体育场,那么里面的观众就是神经细胞,他们都在自由地“交谈”。要想听到每个人说话的内容,只能在每个人附近放个麦克风,这种探测只能进入体育场内。对我们的大脑来说,就要通过打开脑袋的外科手术来实现。为了避免手术创伤,我们把麦克风放在体育场外,也就是在脑袋表面贴上电极。体育场外的麦克风当然不能分辨里面每个人的讲话,但如果场内发生了很大的动静,例如大家都在为进球欢呼,场外便能听到;同样道理,贴在头皮表面的脑电电极无法分辨每个神经细胞的活动,但可以探测脑内“非常大的活动”,通常这种活动是很多神经细胞共同的活动,正如体育场里的半场或者全场欢呼。

这个例子说明脑电是个低分辨率的神经传感技术。依照电磁场理论,脑电的空间分辨率在一厘米左右,也就是说一厘米范围内的神经细胞活动,对于脑电电极来说是不可区分的。如果有人宣称可以用头皮外面的脑电来解读精细的思维活动,例如探测你正在阅读的文字、心算的数字、回忆的内容等,都是天方夜谭。

大脑皮层的功能结构。一些初级区和感官及肌肉控制有直接的关系,如触觉初级区和运动初级区。

那么,为什么Albany脑机接口大会上还有那么多人研究基于脑电的脑机接口呢?当然是因为它没有创伤,正常人也可以用。如果你能设计出精巧的视觉或听觉刺激,能让脑机接口的使用者把自己的“简单思维”通过注意力或者想象机制加载到自己的脑电波上,你就可以分析使用者的脑电波,提取出他的“简单思维”。这是一种间接的“思维解读”,实际上是把脑电作为信息的载体,有点类似通讯系统的调制和解调制。Jonathan Wolpaw的研究组就是通过研究一种和注意力有关的事件诱发电位P300来实现脑机接口打字的。P300电位是当大脑检测到小概率的外界刺激,或者在一连串重复事件中检测到新奇事件时出现的,这个电位活动最强的位置往往在头顶中央。因为电压是正的,峰值大概在事件发生后300毫秒,所以被称为P300 (P for Positive)。如果把字母表随机重复一遍,当你希望选择的那个字母出现的时候,你的头顶中央就会检测到一个P300电位,而其他不相干的字母出现时,P300电位不会出现。如果我们把26个字母和键盘按键精巧地排列起来,快速地随机在计算机屏幕上闪现,同时检测你的P300脑电,就可以分析出你要选择输入的字母。Wolpaw研究组把P300应用于脑电打字的脑机接口,取得了很大的成功。这种设计的明显的缺点是,屏幕上的字母需要不停闪烁,用户会产生视觉疲劳;另外,P300脑电波的个体差异较大,给检测算法带来挑战。

后来我的实验室提出了一种新颖并稳健的设计:借用视觉目标的移动,而不是闪烁来激发一个200毫秒负向脑电波N200 (N for Negative) 来加载信息,首次实现没有闪烁,对任何用户都很稳健的脑机接口打字。其背后的神经机制也不再是对新奇事件的响应,而是高级视觉处理——运动视觉区的响应。这两种方法的共同缺点是打字速度不够快。清华大学高上凯和高小榕两位教授的研究组用头皮表面的稳态视觉诱发电位(一种有周期性的视觉闪烁诱发的规律性脑电响应,SSVEP)搭建了快速打字的脑机接口系统,至今仍然保持最快记录。这种脑机接口的信息加载在闪烁频率上,因而可以对视觉皮层的脑电波进行频率调制或者编码调制,从而实现很快的信息传输速度,最快可以做到1秒左右打出一个字符。

也许你会觉得这样的脑机接口不够自然,还需要外界的视觉刺激来配合。能不能只是想一想,就能通过脑电读出来?由于上面提到的脑电的低分辨率,精细的“想法”是无法解读的。唯一例外是“运动想象”,当想象左手、右手或者脚的运动时,可以在头顶向两耳外侧延展的带状区域(感觉运动带)安放脑电电极,检测出这三种想象状态的差别。背后的生理基础是感觉运动带的功能划分与身体的不同部位相对应:左手的感觉运动由带状区域的右边部分负责,右手则由左边负责,形成对侧交叉,而下肢和脚部由中间区域负责;由于左右脚的负责区域都在头皮中间,所以左右脚是无法区分的。如果在这三个区域(感觉运动带的左中右)分别放上脑电电极,理想情况下,检测这三个位置的脑电活动强度变化,就可以推测你是在想象左手、右手还是脚的运动了。当然,你在真的运动手脚时,这三个位置的脑电活动变化更加清晰强烈。这个简单的对应规律,通过功能磁共振成像可以很清晰地展示出来。因为头皮表面的脑电非常微弱,有效信号只有微伏量级,而且淹没在很大的电学和生理噪声中,要准确地检测出左右手和脚的运动想象,还需要微弱信号的处理技术。感觉运动带的脑电主要能量变化集中在10赫兹和20赫兹附近,即所谓的脑电alpha波段和beta波段。通常需要把采集到的脑电信号进行滤波,把包含关键信号的alpha和beta频段能量变化提取出来,送入一个训练好的分类算法,才能最终完成对脑电信号的准确翻译。

感觉运动脑区和手脚运动的对应关系

如果我们有高性能的脑电帽和放大器、识别准确率高的算法,就能让脑电波来控制屏幕光标、假肢、轮椅,甚至机器人。因为脑电只能检测出三种想象状态的差别,所以最多只能控制三个操作:左转、右转和前进。2006年夏天德国足球世界杯期间,我和高上凯、高小榕教授实验室联合开发了一套脑电控制机器狗踢足球的脑机接口系统,第一次实现了三个方向的实时运动控制。通过特殊的训练和精巧的程序设计,少数人能够控制二维和三维空间目标的移动,例如美国明尼苏达大学Bin He教授实验室演示的脑电遥控无人机飞行。最有戏剧性的演示是2014年巴西足球世界杯开幕式上的开球,这大概是历史上最特别的一次:一位下肢残疾的巴西青年在脑机接口技术的帮助下,用自己的脑电控制一套下肢外骨骼(机械假肢)踢出了第一脚球,其原理就是上面介绍的运动想象脑机接口。

这些演示犹如科幻,让人惊叹。为什么这样的技术还没有应用到临床,帮助哪些重度残疾的病人重新获得运动能力?目前的技术困难一方面在脑电极。前面交代过,要获得高质量、稳定的脑电信号,需要在电极和头皮之间注入导电胶,这种胶体适合于两小时内的短期使用,时间长了就会干结,其中的离子运动受阻,脑电信号质量会大幅度下降,直至脑机接口系统无法工作;另一方面的难点是各种干扰的存在,例如环境中的电磁噪声、使用者体表的电生理信号等,甚至使用者的心理状态也会破坏系统的稳定性,很多脑机接口的识别算法离开实验室到了家居环境就无法稳定工作了。随着新的脑电传感器(例如干电极)和识别算法的不断改进,相信未来的脑电帽一定会帮助一部分丧失运动功能的病人重新体验运动的感觉,提高生活质量。

脑机接口控制机器狗踢足球

巴西世界杯瘫痪少年脑机接口开球

神经芯片解读精细运动信号

既然脑电信号不够精准,不够稳定,为什么不把神经传感器放进脑内,去探测和记录每一个运动神经细胞的活动,做一个长期植入“一劳永逸”的脑机接口呢?1998年,美国创业公司Neural Signals的创始人Philip Kennedy开始尝试在人脑中植入微电极,记录运动区的神经细胞放电,希望帮助一位完全丧失运动能力的残疾人恢复与外界的交流。因为电极数目限制,他的实验展示了可能性,但解读信号的准确率远没有达到实用要求。他的初步研究以及60年代Grey Walter医生的勇敢尝试,启发了一批从事运动功能神经电生理研究的学者,其中包括布朗大学John Donoghue、匹兹堡大学Andrew Schwartz、杜克大学Miguel Nicolelis、伯克利大学的Jose Carmena等。他们都曾长期从事灵长类运动神经电生理的研究,对于猴子大脑运动皮层神经细胞控制上肢运动的规律,有着深入的理解。上面我们提到手脚运动是由对侧的感觉运动带控制的,这只是个宏观的规律,进一步的问题是,手脚运动的方向、加速度、力量等这些参数是如何通过感觉运动带的神经细胞活动来编码的?

这个问题的研究可以一直追溯到现代神经科学的奠基人、1932年诺贝尔奖获得者Charles Sherrington。他发现肌肉的控制是由脊髓中的运动神经细胞协同完成的,并非简单的一对一的控制。这个协同编码( Population Coding )的思想启发了后来的大脑运动皮层神经编码的研究,特别是1980年代初,Apostolos Georgopoulos等人发现运动皮层神经细胞是用一种“民主投票”的方式协同编码手臂的运动方向的。每个运动皮层神经细胞都有自己喜好的方向,有些喜好30度,有些45度等等,当大脑决定把手臂伸向某个目标角度时,这些运动神经细胞都会参与放电,如果目标角度和自己的喜好方向很接近,它就放电多些,反之就放电少些。形象地说就是,喜欢就”大声支持“,不喜欢就”小声附和一下“。如果把这些神经细胞的放电活动用向量来表示,向量的方向是这个细胞的喜好方向,向量的长度是每秒钟的放电次数(发放率),把所有能记录到的细胞的“放电向量” 用向量求和的方式加起来,得到的向量方向就是手臂要去的目标方向。

神经细胞“投票”决定运动方向

进一步的研究发现,无论运动角度,还是手臂端点的位置、运动加速度,甚至手指的力量,都可以用类似的群体协同编码的方式来实现。如果再做些数学抽象,这个群体向量编码(Population Vector Analysis, PVA),实际上就是用一组基向量(每个神经细胞喜好方向的单位向量)来张成整个二维或者三维空间,任意一个目标方向在这些基向量上的投影,就是每个神经细胞的发放率,多么完美简洁的系统!理论上,我们的运动大脑皮层只需要3个神经细胞分别对应xyz三个方向的基向量,整个三维空间就可以被完全表示了,考虑到神经细胞方法率不可能是负数,再增加3个xyz负方向的神经细胞,也就足够了。实际上我们的大脑运动皮层有成千上万的细胞参与了这个协同编码,这样的冗余并非浪费,它使得编码更加稳健可靠,其中少数细胞的“缺席”(死亡或者没有被电极捕获到)或者“偷懒”(发放率不准确),不会影响最后编码目标方向的准确性。这样的编码规律完全可以表示为一个线性关系,也就是目标方向的向量V等于“捕获”到的神经细胞的基向量A用各自发放率R的加权求和:V=A*R。虽然我们还不知道这个方程是不是运动神经细胞编码的本质,但它很好地拟合了已有的数据,甚至可以通过它来实现脑机接口所期望的解码——由神经细胞活动来推测运动方向。如果先按照预定的轨迹V’运动,同时记录神经细胞放电R’,得到一组数据后就可以求得矩阵A;开始脑机接口解码时,神经细胞放电R是可以记录到的,通过V=A*R就可以得到当前的目标方向,也就是大脑要指挥外部设备(屏幕光标、假肢等)移动的方向。

最初的植入脑机接口研究是在”训练有素“的猴子身上进行的。2002年Donoghue实验室的猴子可以用自己运动脑区的神经细胞活动控制计算机屏幕上的目标在二维平面自由移动,随后Schwartz实验室的猴子通过类似的脑机接口可以在三维空间做到自由控制,杜克大学Nicolelis实验室的猴子甚至可以遥控远在MIT的机械臂。随着电极植入技术和神经活动解读方法越来越精准,猴子可以通过脑机接口控制的参数个数越来越多。到了2008年,Schwartz实验室的猴子可以做到自如控制机械臂的10个自由度,并且用完全脑控的方式操作机械臂拿到了棉花糖喂自己,这向人们展示了植入脑机接口用于残疾人控制假肢的美好前景。

可以说,Georgopoulos的群体编码理论,加上这四只猴子”专注努力“,以及背后一大批生物医学工程学者对神经传感技术和信号处理方法的精益求精,造就了植入脑机接口灵长类研究的黄金十年。从灵长类到人类植入脑机接口的发展,应该感谢三位勇敢的重度残疾人。第一位是高位截瘫的病人Matthew Nagle,2006年他同意在自己的大脑运动皮层对应手部控制的区域植入了一个100通道的微电极阵列,这个电极阵列连接到Donoghue实验室研发的BrainGate脑机接口系统,实现了用“思维”控制屏幕光标,打开邮件,甚至玩乒乓游戏。不幸的是,第二年Matthew因为感染去世。第二位是Cathy Hutchinson,她因为中风丧失了运动能力,在BrainGate第二代脑机接口系统的帮助下,她在2012年控制机械手端起咖啡送到自己嘴边,开心地喝了一口,这是她中风15年来第一次。第三位是因为车祸截瘫的病人Ian Burkhart, 2016年在BrainGate第二代系统的帮助下,他的运动神经信号被翻译成电脉冲,来驱动他手臂上的肌肉刺激电极,让手臂肌肉按照自己的意愿重新活动起来,完成抓握、转腕、搅拌等动作,甚至可以弹两下吉他。过去15年,植入脑机接口取得了从“猴”到“人”的进步,除了神经科学家、生物医学工程师,神经外科大夫也在其中发挥了重要的作用,这三例临床实验涉及的技术细节非常复杂,无一例外都是这三方面研究者的团队合作。

脑机接口帮助瘫痪病人喝到咖啡

脑机接口恢复截瘫病人前臂运动

看到这些激动人心的研究成果,大家也许会觉得植入脑机接口技术已经非常完美,临床应用已经近在咫尺,实则不然。到目前为止,已有15-20位重度残疾人参加植入脑机接口的临床实验,都碰到了一个难以攻克的问题:植入电极因为神经胶质细胞的包裹而逐渐失效,无法继续记录神经细胞的放电活动。上述临床实验中采用的都是犹他电极阵列(Utah Array),虽然只有4x4毫米,但上面的100个硅电极微针是要穿透大脑表面,插入神经细胞之间,才能记录到神经放电信号,必然会造成神经胶质细胞的炎症反应。最糟糕的情况下,2-3个月这些电极就会逐渐实效,长一点可以坚持2-3年,但信号质量逐渐下降,脑机接口系统的工作性能也随之下降。如果这个问题不能很好解决,长期植入就无法实现,每2-3年做一次手术更换电极的代价太大。除此以外,神经信号的无线传输也是个难题。以上这些临床研究都在病人头部安装了有线的“插头”,来传送神经信号和供电,这大大增加了感染的风险。针对这两个难题,科学家考虑了很多办法,例如通过在电极表面增加抗炎因子来减轻胶质细胞的反应;无线低功耗的神经芯片也在研制当中,甚至有人提出采用纳米尘埃扩散到神经细胞周围去形成神经尘埃(Neural Dust),通过超声供电来获取神经信号等等。

神经胶质细胞包裹电极导致记录失效

为了解决这两个难题,我的实验室2013年提出一种新的微创脑机接口思路:把神经电极只是埋入大脑皮层表面,不穿透皮层,通过少数几个电极的场电位,而不是神经放电活动,来建立脑机接口。这样可以避免神经胶质细胞的炎症反映和包裹,同时因为电极数目少,信号采样率低,可以很容易地实现无线采集和供电。这样的微创方案获取的神经信息要少于电极阵列,但长期可靠性强。为此,我们设计了一种新的脑机接口打字方法,把电极放在视觉脑区处理运动物体的高级区域,用这个区域内60赫兹以上的高频率场电位变化来分辨病人的注意力焦点,从而实现快速准确、长期稳定的脑电打字。目前我们正在和清华附属玉泉医院、解放军总医院、清华长庚医院、神经调控技术国家工程实验室李路明教授团队等合作开展临床研究,希望在不久的将来克服植入脑机接口的难题,实现和脑起搏器一样的安全性和持久性。

脑机接口真的能读出你的思想吗?

脑机接口是一种很有未来感的技术,和外星探索一样常常成为科幻电影的主题。在电影《阿凡达》中,人类的思维活动可以转移给“替身”(Avatar),除了控制替身的活动之外,还和替身一起经历外星球的体验,脑机接口系统在电影中是一台类似磁共振扫描仪的睡眠机器;电影《超验骇客》中,神经科学家威尔遇刺病危,他的妻子因为深爱他,通过脑机接口技术把威尔的“思维”整体传送到了互联网上,电影中脑机接口被抽象为数十个植入电极和一台超级电脑。追求“蝴蝶一样自由的思维”,甚至是所谓“永生”,是人类美好的梦想。站在神经科学和神经工程的角度,今天我们离这个目标还很遥远,根本的问题在于我们对大脑的工作机制,特别是信息编码的规律知之甚少。即使我们研究清楚这些规律,也还需要生物医学工程的方法体系将复杂的神经系统复制、转移和保存下来。我们今天已经大体知道了生命信息的编码规律,但还是不能复制生命个体,要复制意识层面的个体,难度可想而知。但这个困难,无法阻挡科学家不断研究和发展相关的方法和技术,并用它们来帮助大脑和身体损伤的病人,使他们从束缚身体的“潜水钟”里解脱出来。

脑机接口也是一个很有争议的话题,和“脑控”等话题一起常常被批评。其实这和“克隆人”、“基因编辑”等技术发展初期碰到的伦理问题类似,今天我们讨论的技术,完全没有达到读取和操控思维的水平,当前任何一种脑机接口技术都需要使用者非常主动的配合,才能把一定程度的思维活动信息读取出来。至于思维活动信息的写入,更是加倍的难。我们的思维活动在时间上是连续的,在可预见的未来还无法像基因信息那样编辑。即使如此困难,仍有勇敢者不断尝试,比如MIT的Tonegawa实验室在过去三年中先后在转基因小鼠身上,通过光遗传技术实现了一个比特恐惧信息的删除、修改和写入。他们希望用这种技术帮助人们消除病理性的恐惧,甚至治疗老年痴呆症患者的记忆障碍。这种技术在人脑上的应用,还有很多难以逾越的技术障碍,并非如媒体所宣传那样近在眼前。

也许有人会问,脑机接口技术最终会发展成什么水平?我没有答案,但可以提供科幻作家刘慈欣版的回答。他在《三体》中提到一位面壁者希恩斯,他发明了“全息思维成像”和“思想钢印”,实际上就是终极的脑机接口技术,既能精确读出,也能精确写入,这大概可以作为脑机接口技术的理论终点,可以不断接近但永远无法达到......

脑机接口的研究进展到什么程度了?

是用来处理运动过程中的隐变量,例如被试者的心情,动机或者是生理状态,它们影响神经活动,但跟我们想要的运动控制无关,我就改进了一个模型去滤它们,做了一点微小的贡献。(PS,匹兹堡真是个好地方,远远比纽约好)。

SUNY时期(14-我也不知道啊能早点儿毕业就好了)。大多数我参与的工作还是未完成的,所以虽然一颗赛艇,但并不能透露。之前有个Duke的学长搞的黑科技倒是很好玩。他测了大鼠在被扎手指时初级感觉皮层的兴奋情况,然后通过刺激上级脑区,使得大鼠的初级感觉皮层产生相应的兴奋。换言之,通过神经刺激让大鼠认为自己在被扎手指。如果写到这里能够让读者联想起黑客帝国,就说明我清楚地表达了他的研究。

首先这只是一个非常简略的介绍。以我的能力(simple)和学术地位(naive)是远远轮不到我来写review的(笑),我还需要学习好几个,以下是正文。

脑机接口主要分为植入式和非植入式两大类。区别在与植入式的更精确,植入式电极相比于头皮贴片而言精确度高的多,可以编码更复杂的命令(比如三维运动)。非植入式的更安全,所以接受程度高很多,如果面向健康人类开发产品,这可能是唯一选择。非植入式脑机接口中比较有意思的一项技术是用脑电信号打字。/visual_prosthesis/about//p/?from=groupmessage&isappinstalled=0

本文编辑:慕编组成员(叶子)

一网打尽系列文章,请回复以下关键词查看:

习近平 | 创新中国 | 创新创业 | 协同创新 | 产学研 | 预见2016 | 新科技革命 | 基础研究 | 中国武器 | 电磁炮 | 生物 | 仿生 | 脑科学 | 虚拟现实 | 增强现实 | 装备采办 | 抵消战略 | 水下战 | 轰炸机 | 预警机 | 战斗机 | 运输机 | 六代机 | 能源 | 电池 | 云计算 | 大学排名 | 博士 | 导师 | 凯文凯利 | 其他主题系列陆续整理中,敬请期待……

}

成都商报-红星新闻消息,还记得2014年火遍全球社交网络的“冰桶挑战”吗?

当时,这个活动曾经吸引了世界各界知名人士的参与,包括微软创始人比尔·盖茨等IT界大佬,物理学家史蒂夫·霍金,更有包括 “男神”金城武在内的众多演艺界人士……更重要的是,这次“刷屏”级的挑战,也让更多人认识到了俗称“渐冻症”的肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),并纷纷为这一病症的研究机构慷慨解囊。

△比尔·盖茨参与“冰桶挑战”

但是,就在最近,一个令人心痛的消息传来:11月25日,这项挑战的发起者,同样也是一位渐冻症患者的美国人安东尼·瑟那查(Anthony Senerchia)离开了人世,终年46岁。

△安东尼和他的妻子、女儿 。 渐冻症协会官网 资料图

2003年,安东尼被诊断出患“渐冻症”时,医生曾经断言他最多只有几年的寿命。然而他最终与病魔顽强斗争了14年,并改变了全世界“渐冻症”患者的生存现状。

爱情事业双丰收,却被诊断患上“渐冻症”

安东尼成长在美国阿拉巴马州的佩勒姆市,1989年毕业于当地的Pelham Memorial高中。中学时代的他热爱足球,曾是学校足球队的队长,踢球的技艺精湛,在绿茵场上是女孩们瞩目的焦点。

而就在高中的绿茵场上,安东尼邂逅了他后来的妻子珍妮特(Jeanette Hane),自此,两人开始了长达14年的恋爱。

高中毕业之后,安东尼考入了印度德里大学,又在两年后转入曼哈顿大学,并在毕业后成为了一名土木工程师。几年后,安东尼在三星公司位于纽约市的一项工程中担任项目经理,并在随后成立了建筑公司,独立承包业务。

2003年,在经历了长达14年的爱情长跑后,安东尼与珍妮特终于走入了婚姻的殿堂。

这时32岁的安东尼,无论是事业还是爱情,似乎都是在节节高升的路上,但就在婚后那年,安东尼被诊断出了脊髓侧索硬化症,也就是俗称的“渐冻症”。那时,医生曾直言并不看好他的病症,认为他可能只剩下几年的寿命。

但安东尼,并没有就此屈服,而是以乐观的态度面对人生。后来在接受媒体采访时,安东尼把自己的坚持,全部归功于自己的爱人和女儿塔亚——他希望能陪女儿走过更长的岁月,因此他说自己不能放弃。

在患病后,安东尼创立了“安东尼·瑟那查渐冻症慈善基金会(Anthony Senerchia Jr. ALS Charitable Foundation)”,这一基金会后来为研究“渐冻症”的哥伦比亚长老会医学中心及其他患者家属提供了源源不断的捐赠。

14年中,他孜孜不倦地努力唤起人们对于“渐冻症”及其患者的关注和了解,而这其中最卓著的努力,无疑是令全世界瞩目的“冰桶挑战”。

因偶然的点名游戏出名:

激发全球名人响应“冰桶挑战”,获奖无数

其实,“冰桶挑战”最早的发起人并不是安东尼,而且在刚开始甚至和“渐冻症”并没有任何关系。但正是安东尼与病魔不懈抗争的执着,使得这一挑战从此成为了让更多人认识“渐冻症”的历史性开端。

据《时代》周刊2014年报道,其实最开始,是安东尼妻子珍妮特的表哥,职业高尔夫球运动员肯尼迪(Chris Kennedy)最先被自己的朋友点名参与冰桶挑战。

△珍妮特的表哥肯尼迪参加“冰桶挑战”。 视频截图

在那时,“冰桶挑战”并没有和“渐冻症”或者其他任何组织扯上关系,被点名的人可以接受挑战,或者向任何一个组织或者基金会捐出一些善款,比如之前点名肯尼迪的朋友,选择向一个致力于儿童癌症治疗的组织捐款。肯尼迪由于看到了安东尼在对抗“渐冻症”过程中的努力,选择了向“渐冻症研究组织”捐款,并且点名了安东尼的妻子珍妮特参与了“冰桶挑战”。

2014年7月15日,肯尼迪将自己参与“冰桶挑战”的视频传上了网络,正是从这一刻起,“冰桶挑战”和渐冻症之间,开始产生了密不可分的联系。“在发布视频之后,我表哥肯尼迪给我发邮件,让我看下自己的社交网站,”安东尼的妻子珍妮特在接受《时代》采访时表示,“他点了我的名其实就是一个玩笑,因为我们以前也经常互相开玩笑,他以为我肯定会找个基金会捐钱算了。”

然而,珍妮特并没有示弱,选择了接受挑战,并在紧接着的7月16日上传了自己接受挑战的视频,并且点了更多的人。在发布视频时,她也打上了一个标签:抗击渐冻症。

珍妮特说,他们生活的佩勒姆市并不大,因此这场挑战很快从家人,蔓延到了更多的亲朋好友,她很多高中时代的好朋友也开始参与了挑战。很快,他们就无法计算网上参与这个活动的人数和上传的视频数量了,而其中最重大的一个转折是,这个活动开始蔓延到另一个住在纽约的渐冻症患者的社交媒体上。

自此,该活动开始在渐冻症患者的“病友圈”中发酵,很多患者的身边人开始参与到挑战中,特别是一名“大V”级渐冻症病友的加入,将这一活动开始带入了公众的视野中。

△2014年9月7日,菲律宾的一场集体“冰桶挑战”。 《时代》 资料图

而就在7月29日之后,渐冻症联合会组织开始收到大笔捐款。两个月内,捐款总额超过了1.5亿美元,其中有超过30万笔捐款是来自以前从未关注过渐冻症联合会的新捐助者。

随后,著名的商业“大佬”比尔·盖茨,扎克伯格,科学家史蒂芬·霍金,还有一众演艺界明星纷纷加盟,将这个活动推向了“霸屏”级别的效应。

马克·扎克伯格参加“冰桶挑战”。 网络视频截图

金城武参加“冰桶挑战”。 网络截图

正是安东尼对于“渐冻症”不懈的抗争精神,激发了自己身边的人投身这项活动,并让更多人受益,因此,他被媒体和大众称为“冰桶活动”创始人。

“在最开始的时候,我们只是想努力让病痛中的安东尼能露出一个笑脸,并且想尝试让更多人了解到这种疾病。而到最后,这场挑战获得了全世界的关注。”珍妮特的表哥肯尼迪在2014年接受《时代》杂志采访时这样表示。

肯尼迪说:“这是我们过去做梦都未曾想到的事情。”

重拾爱好,教年轻人踢球,最珍惜当个好爸爸

在冰桶挑战发展到最顶峰的2014年,安东尼和妻子珍妮特也逐渐走入了公众的视野,并在当年受邀参与了纳斯达克股票交易所的敲钟仪式。

△安东尼和珍妮特在2014年受邀参加纳斯达克的敲钟仪式

2016年, 安东尼妻子珍妮特参加挑战时使用的冰桶,被华盛顿的美国国家历史博物馆收藏。同年,安东尼当选为佩勒姆市年度人物,并收到一个重量级的荣誉:康奈利国家卫生领导奖,以表彰他为“渐冻症”做出的努力和贡献。

荣誉和掌声不断向他涌来,但对安东尼来说,他自己最热心的事还是教佩勒姆市的年轻人踢足球。他重拾了自己高中时代热爱的足球运动,花了大量的时间精力指导佩勒姆当地的年轻足球队员。也正是因此,佩勒姆市还设置了“安东尼·瑟那查奖章”,用以表彰当年最出色的球员和教练。

在所有的身份中,安东尼最珍惜的是自己作为父亲的角色,尽管行动不便,但是他每天最享受的事情就是陪女儿塔亚吃早饭,辅导她做数学功课,跟她一起散步。

“定义我们人生的,从来不是我们向生活索取了什么,而是我们给予了他人什么。”安东尼说。

原标题:"冰桶挑战"创始人病逝:与渐冻症抗争14年,打动比尔盖茨,生命最后仍教人踢球

}

我要回帖

更多关于 踢足球累还是打篮球累 的文章

更多推荐

版权声明:文章内容来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权请点击这里与我们联系,我们将及时删除。

点击添加站长微信