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央视纪录!上海大学“AI+教育”人工智能应用场景之医工结合:脑机交互康复应用

创建时间:  2020-04-14  王智渊    浏览次数:


我们对自己的大脑了解有多少?从意识到“自我”再到今天这个智能时代,人类对大脑的探索从未停下过脚步。在上海大学杨帮华教授看来,人脑构造之复杂正如交响乐团乐器间的配合之精妙,美的事物都是巧妙而相似的。大脑作为人体功能运转这支乐队的总指挥,调动身体各部分协调配合,完成各项生命活动。一旦某个脑区受损,受到牵制的肢体功能便无法正常运行,就像损坏了一把小提琴的交响乐团令人遗憾。而杨帮华教授及其团队要做的,就是用科技的力量帮助这类因脑卒中致使脑功能受损的患者,在他们的人生舞台上,演奏出一首完整的生命之歌



【人物名片】

杨帮华,上海大学机电工程与自动化学院教授、医学院教授,博士生导师,2019年获上海市五一劳动奖章。迄今为止,在脑机接口领域连续开展近20年的研究工作,积累了丰富的经验。目前主要研究领域为脑电波信号处理、脑机接口结合虚拟现实技术及其工程应用。

 


【解码:我知道你在想什么】

作为国内最早一批从事脑机接口技术研究的学者,杨帮华团队以脑电波信号处理、脑机接口结合虚拟现实技术及其工程应用为主要研究方向,聚焦脑卒中患者肢体运动功能障碍,将研究成果应用于脑卒中病人的康复训练。

在学科交叉融合的背景趋势下,工科与医学在脑机接口技术这一研究领域找到了交汇点。除了涉及脑科学、计算机科学、信息科学、康复医学等学科领域,当下炙手可热的人工智能技术,也为这一医工交叉学科的研究提供了不可或缺的技术支持。

 

 

2019年,上海大学“AI+教育”获批上海市经信委发布的第二批19个人工智能试点应用场景之一。同时,学校正在筹建人工智能研究院,目的也是加快推进AI与各学科的交叉融合。而在脑机接口技术的研究过程中,AI也成为解码脑电波的核心技术。

由于大脑功能受损,脑卒中患者的某部分肢体无法发挥正常功能。过去很长一段时间里,康复训练以被动式的肢体训练为主,杨帮华团队转变思维,从“大脑” 这一发出指令的源头出发,创新治疗和康复方法。

 

 

在去年播出的央视励志挑战节目《挑战不可能》中,清华大学脑机接口研究组曾利用脑机接口技术,帮助患有肌萎缩侧索硬化症(ALS)的渐冻人王甲实现意念打字。尽管研究方向相似,但在杨帮华看来,前者更多地聚焦于“我知道你在看什么”。而“我们选择的是如何读懂你在‘想’什么”她这样说道。


【寻路:三次转折和一份坚持】

这条“解码”之路并非一帆风顺。

2003年攻读博士学位期间,杨帮华第一次了解到“脑机接口”的概念,带着探索的好奇心确定了自己的研究方向。当时,国内对这一领域研究尚少,数据欠缺、设备匮乏成了第一只拦路虎。尽管“受到不少打击”,杨帮华依然选择了这个自己导师也没有涉足过的全新领域。性格就是比较倔强,因为不喜欢吃别人嚼过的馒头。

 

 

 

 

缺乏理论,就大量阅读相关学科的论文;没有设备,就从网上下载前人的数据库做研究。日积月累的学术沉淀带来了信心和希望,杨帮华坚定了走下去的决心。

第二次转折是在进入上大工作之后。购买实验室第一台脑电采集设备的1.5万元,来自杨帮华获得的第一笔国家自然科学基金经费。“和人家30万的设备不能比。”她开玩笑道,“但我们已经有了自己采集数据的条件。”

2010年,杨帮华带领团队参加了首届中国脑机接口大赛,在这一代表国内脑机接口领域最高研究水平的比赛中,她和一批最顶尖专家学者有了面对面的交流。这也为五年后团队参加第二届中国脑机接口大赛,在“机器人控制”这一科技含量最高的项目中取得第三名,打下了坚实的基础。

第二届大赛中出色的表现,使团队成员得到了参赛高校的一致认可,实验室也收获了精度大大提高了的脑电采集设备。之后,顺应医工结合的科技发展趋势,实验室又在学校的支持下购买了更多高精度设备,科研进展突飞猛进。同时,在2019年,上海大学成为第三届中国脑机接口大赛联合主办单位,主要负责“运动想象脑机接口”。

“当然会有想放弃的时候。”杨帮华说,但科研就是靠着一份坚持。

 

 

 

 

【初心:给生命带来希望】

纪阿姨是杨帮华印象最深的一位病人。在上海市第二康复医院,这位70岁的小学数学老师右手失去知觉、无法活动,对脑机接口技术的康复作用充满渴望。在康复系统投入使用的最初阶段,患者往往对新技术持观望态度,有些甚至会抵触。纪阿姨不但从内心里愿意尝试,对前期繁多的准备工作也十分耐心和配合。“我的手又能动了!仪器让我感觉好舒服!”纪阿姨激动的呼喊声,触动了杨帮华教授。

 

 

只有与医院进行大量沟通,准确了解医生和患者的需求,才能开发出更加个性化、人性化的产品,真正促进科研成果产业化。2016年,杨帮华团队开始与山东省某医疗器械公司合作,为了更好地对接医院和企业的需求,她平均每两周就要从上海去往山东一次。

最忙碌的那段日子里,家人不理解“怎么老是出差”,学生会纳闷“杨老师的桌角为什么总备着一些食物”。“那段时间每天背的都是电脑包,随时准备出差。”杨帮华回忆。

 

 

好在一切有了回报。大量的一线调研加快了科研成果产业化进程,2018年,在杨帮华教授团队的助力下,山东省这家医疗器械企业获得了中国首个脑机接口领域的医疗注册证,“脑机接口康复训练系统”正式面向市场、走向患者。至今,这一系统已在全国50多家医院投入使用,服务超过5000例病例。

 

 【拓展:上海大学AI+教育建设】

学校在人工智能应用示范方面具有天然的教学科研优势,上海大学“AI+教育”建设主要包括大学生人工智能素养全面提升、人工智能专业人才培养、人工智能与学科融合以及人工智能校园管理应用,并建立学科与企业之间建起一条沟通的桥梁,帮助产学研融合创新,促进科研成果加速向产业应用转化。

人工智能应用示范环境建设将设计并创造一个人工智能校园应用示范机制,依托校园现有人工智能建设的基础上,围绕教学管理、科研管理、校园管理、校园服务、总控及综合智慧的需要,同时引入其他产业发展关于人工智能应用方面的业务痛点,形成人工智能应用示范需求池,建立需求和服务的对接平台,形成人工智能应用集市。

在校园环境上,改进校园应用服务接口,形成若干标准化人工智能应用接入规范,从而形成人工智能研究到人工智能应用展示的高速公路,直接打通科学研究和产业化应用之间的障碍,促进上海大学人工智能研究院各项研究成果的产业化应用。

 

 

如今,来自纪阿姨的那份触动仍不断在杨帮华心底回荡,成为支撑她和整个团队始终摸索前行的“初心”。

科学技术和人类的生活息息相关。杨帮华教授说,“就像我在《生命与科技》那堂课上告诉学生的,希望科技能为生活增添美好,给生命带来希望。

 

摘自:上大发布

 




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