前沿速递 | 当用户自主控制运动时，仿生机器人可以促进神经可塑性。

专为神经康复设计的机器人，特别是用于辅助手臂和腿部运动以及运动再学习的机器人，正越来越多地被因疾病或损伤而导致肢体活动受限的患者所采用。然而，机器人驱动的被动运动与机器人辅助主动运动过程中的主动自主控制之间大脑反应的差异尚不明确。阐明这些差异对于理解运动学习、神经可塑性和功能恢复的机制至关重要。

筑波大学的研究人员在《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》上发表的一项研究首次证实，当用户自主控制仿生机器人时，大脑中负责高级运动规划和准备的区域（例如前运动皮层）会被激活。这一发现是通过在机器人辅助运动过程中进行实时脑部测量而证实的。利用能够响应用户意图的可穿戴机器人进行主动康复，可以促进神经可塑性并推动大脑功能重组。

（a）肩部HAL原理。（b）3种实验条件。

研究团队在三种不同条件下，观察了健康参与者佩戴仿生机器人（可穿戴仿生机器人HAL，CYBERDYNE公司）抬起手臂时的大脑活动。

第一种条件是机器人辅助主动运动，参与者在机器人辅助下主动发起手臂运动。第二种条件是机器人驱动被动运动，机器人在参与者无意识的情况下移动手臂。第三种条件是自主运动，参与者在无人辅助的情况下抬起手臂。

（c）实验装置及受试者佩戴方式。

（d）通道布局。（e）光极位置在平均大脑模型及覆盖区域的投影。

研究人员采用功能性近红外光谱技术测量脑血流量的变化，结果显示，在机器人辅助主动运动和无机器人辅助的自主运动中，负责运动的大脑区域活动显著增强。

激活图描绘了 3 种条件下静息状态与任务状态比较的 t 值，投影到大脑的精确位置上

具体而言，参与运动计划和准备的高级运动区域，例如前额叶皮层和辅助运动区，表现出强烈的活动。然而，当手臂完全由机器人驱动时，与运动手臂同侧的大脑活动以及高级运动区域的活动则有所降低。

这些结果表明，自主运动的意图对于激发更广泛的脑活动、促进康复和机器人辅助治疗中的大脑学习和恢复至关重要。此外，这些发现凸显了半机械人康复技术的潜力，该技术能够根据穿戴者的意图实现人机协作运动，从而显著改变未来的医疗保健。

参考来源：

https://ieeexplore.ieee.org/document/11030730

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