潛心篤志 步履不停
——記蘇州大學機電工程學院機器人與微系統(tǒng)研究中心副教授李春光

本刊記者 倪 萍

李春光

在醫(yī)學康復(fù)領(lǐng)域里，對如嚴重神經(jīng)或肌肉傷殘患者來說，直接用大腦來控制裝置幾乎是不可能的。如何對那些思維正常但有運動障礙的人提供有效幫助是現(xiàn)在康復(fù)醫(yī)學面臨的一個新難題。

20世紀70年代，隨著人們對神經(jīng)系統(tǒng)功能認識的提高和計算機技術(shù)的發(fā)展，一種涉及神經(jīng)科學、信號檢測、信號處理、模式識別等多學科的交叉技術(shù)——腦—機接口技術(shù)應(yīng)運而生。該技術(shù)結(jié)合了神經(jīng)科學、微電子和計算機信息處理等領(lǐng)域的最新成果，直接提取大腦的神經(jīng)活動，實時翻譯成控制命令，以期幫助那些肢體殘疾、脊髓損傷、中風、肌萎縮側(cè)索硬化，以及其他神經(jīng)肌肉退化的病人，建立一個大腦與外界世界直接交互的新途徑，改善他們的生活質(zhì)量。在多年的發(fā)展下，該技術(shù)已成為生物醫(yī)學工程、計算機技術(shù)、通信等領(lǐng)域一個新的研究熱點。而李春光所做的研究工作就與這一領(lǐng)域息息相關(guān)。

胸懷一顆為廣大患者謀福祉的大愛之心，她將全身心投入在大腦運動控制機理的研究及其在康復(fù)工程中的應(yīng)用中，在基于腦血氧信息和肢體生物力學信息相融合的腦—機接口控制研究、基于近紅外腦功能成像技術(shù)的腦偏癱康復(fù)評估、主從控制康復(fù)訓練機器人等方向中不斷探索、開拓。如今，她還在為了讓科研成果落地生根的目標而孜孜不倦、步履不停。

行路致遠，孜孜不倦

從漂洋海外到學成歸國，李春光的科研逐夢之旅始終沒有停歇。

10年前，她懷抱著對于機器人研究的無限憧憬與學習欲望，前往日本高知工科大學從事主從康復(fù)訓練機器人的研究工作，并在這里對腦科學產(chǎn)生了濃厚的興趣。

在從事主從康復(fù)訓練機器人的研究過程中，為了要對康復(fù)訓練效果進行驗證，李春光及其團隊成員經(jīng)常使用近紅外腦成像設(shè)備驗證主從康復(fù)訓練前后大腦的特征變化，以證明所研制設(shè)備支持訓練方法的優(yōu)越性。而在這一驗證過程中，李春光觀察到：不同模式運動前后大腦會有明顯的不同，深入其中之后，她對腦成像研究產(chǎn)生了極大的好奇心。

2011年，李春光出于對大腦工作機制的濃厚興趣，決定畢業(yè)回國后展開基于近紅外腦成像技術(shù)的腦—機接口技術(shù)研究。她說：“我個人的優(yōu)勢在于我可以靜下心來做數(shù)據(jù)分析，而當時將近紅外腦成像用到機器人控制這一方向，在國內(nèi)尚屬空白?！彼貒某踔?，也希望能在這一領(lǐng)域中，為我國的發(fā)展做出貢獻?；貒?，她來到了蘇州大學機電工程學院機器人與微系統(tǒng)研究中心這一平臺，在孫立寧教授的大力支持下，得以順利展開基于腦—機接口的康復(fù)訓練和康復(fù)評估等相關(guān)研究工作?；谠谌毡镜难芯炕A(chǔ)，開展主從控制康復(fù)訓練機器人的研究，以期在助老助殘、腦卒中方向中為更多患者提供幫助與支撐。

專注科研，成績斐然

“在多年的工作研究中，我越發(fā)覺得自己喜歡從事腦科學探索，慶幸自己能夠從事喜歡的事業(yè)。”李春光說。多年來，在與團隊成員的協(xié)同攻關(guān)下，她在科學研究中取得了一系列突破。

隨著人口結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，有運動功能障礙的高齡患者越來越多。同時，隨著社會的轉(zhuǎn)型，由于交通事故、工傷、意外傷害和疾病等致殘患者的數(shù)目增加很快。近些年來，基于肢體生肌電信息或運動信息識別運動意識并用于驅(qū)動助行設(shè)備的研究已取得很大的進展。然而，針對重癥運動功能障礙患者、截癱患者等無論基于其中哪一種信號都無法識別出患者的運動意識。此外，在運動狀態(tài)的識別方面，因為基于事先定義好的參考軌跡驅(qū)動助行設(shè)備，助行過程中步速和步長都是固定不變的。但是，患者在實際行走過程中或是運動功能恢復(fù)進程中有著不同步速和步長的要求，這種固定的步態(tài)模式使患者產(chǎn)生了很大的不適。

針對這一情況，2016年，李春光成功申請了國家自然科學基金項目“基于腦血氧信息的運動狀態(tài)識別及自適應(yīng)助行軌跡規(guī)劃方法研究”。在這一項目中，他們應(yīng)用最原始的神經(jīng)元信息判別運動狀態(tài)，并基于運動狀態(tài)為助行設(shè)備提供自適應(yīng)參考運動，對于由于肌肉群缺失或肌肉功能減弱而無法正確檢測生肌電信號和肢體運動信息的患者，也可以基于期望的運動狀態(tài)提供自適應(yīng)參考運動，為助行設(shè)備的智能驅(qū)動開辟了一個嶄新的研究方向，具有重要的學術(shù)意義和社會意義。

除此之外，腦卒中群體也是李春光的研究對象。她告訴記者，因為自己的家人當中也有腦卒中患者，她深知此類疾病不僅給患者身心甚至給每個家庭帶來的打擊都是巨大的。通過自己的研究，為腦卒中患者及其家庭帶來希望，一直是她前行的動力與方向。

針對腦卒中疾病診斷困難、治療中腦功能性刺激定位模糊并存在方案爭議以及康復(fù)評價缺乏客觀性等問題，她和團隊開始基于近紅外腦成像技術(shù)展開腦卒中診斷、治療干預(yù)及療效評價的決策系統(tǒng)研究。在研究中，他們基于腦功能網(wǎng)絡(luò)的全局以及局部區(qū)域內(nèi)節(jié)點間的協(xié)作效應(yīng)所建立的決策系統(tǒng)可適用于不同病灶位置的腦卒中患者，適用性更廣。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和機器學習算法可減小如CT等技術(shù)對醫(yī)生專業(yè)技術(shù)水平的依賴性，簡化療效評價流程并提高其客觀性。基于近紅外成像允許動態(tài)測量的優(yōu)越性可減少診斷過程對被試的體動要求。基于腦功能網(wǎng)絡(luò)特性和網(wǎng)絡(luò)拓撲圖可提出個體化功能性刺激治療方案，加快患者康復(fù)恢復(fù)進程。研究成果為腦卒中疾病的早期診斷、治療及康復(fù)評價提供創(chuàng)新性策略，為建立腦疾病的臨床診斷決策系統(tǒng)奠定了重要理論基礎(chǔ)。

在主從控制康復(fù)訓練機器人研究方面，李春光及其團隊成員也取得了諸多創(chuàng)新性成果。他們設(shè)計并開發(fā)了主從式上肢康復(fù)訓練系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于偏癱患者或是高齡者進行運動功能恢復(fù)和運動能力增強訓練，患者能夠使用健康手臂輔助患肢完成期望的運動，實現(xiàn)自主控制的康復(fù)訓練，這一研究成果，為“助老助殘”做出了突出貢獻。

團隊合影

成果轉(zhuǎn)化，落地生根

研究成果能夠面向廣大患者的需求，發(fā)揮實實在在的作用，是李春光一直以來的使命與追求。但是，任何事情都不是一蹴而就的。在研究成果的臨床應(yīng)用測試中，一個個困難接踵而來。正是通過李春光團隊在實驗過程中的無限耐心與不懈努力，他們才獲取到了一個個珍貴的實驗數(shù)據(jù)。

根據(jù)目前的工作，李春光希望能在康復(fù)評估以及輔助治療這一塊盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，給患者病情起到更加正向的作用。之后，再將自己的研究方向進行拓展，給更多的自閉癥患者、老年癡呆患者提供更多的幫助。在腦機接口控制這一方向，她希望能夠盡快與臨床應(yīng)用掛鉤起來，有針對性地展開相應(yīng)的研究改進工作。在“助老助殘”方向中，給更多需要幫助的人帶來福音。

展望研究領(lǐng)域的未來，李春光也始終抱有一種樂觀的心態(tài)。在她看來，大腦雖然復(fù)雜但卻值得科學家去不懈探索，特別是在其應(yīng)用以及機理的研究中，有很大的探索空間。在應(yīng)用方面，順應(yīng)當前大數(shù)據(jù)人工智能的趨勢，通過腦成像設(shè)備、功能核磁等將研究數(shù)據(jù)整合到一起，不僅對于開發(fā)當前病人的診斷或者治療康復(fù)方法非常有前景，而且對于后期人腦機理的研究貫通也大有裨益。

此外，針對病人醫(yī)療數(shù)據(jù)的隱私性，李春光也有初步的設(shè)想。通過最近大熱的區(qū)塊鏈技術(shù)不僅能增加病人數(shù)據(jù)的安全性，還能節(jié)省成本、時間與資源。這些都是李春光未來想要涉及的方向。

“實際上，我一直想做一些能給人帶來實際價值的東西，雖然我的進度沒有別人那么快，但是我會持續(xù)做下去，看看能不能發(fā)生累計的效應(yīng)?！崩畲汗鈭远ǖ卣f。為了研究的初心，也為了無數(shù)病患家庭，她會始終保持著向前的動力，實現(xiàn)科學研究的下一個突破。