项目名称：人体运动功能重建的生机电一体化科学基础首席科学家：朱向阳上海交通大学起止年限：2011.11-2016.8依托部门：上海市科委教育部一、关键科学问题及研究内容2.1关键科学问题项目以“人体运动执行系统功能再造”、“神经系统功能重塑与修复”、“人机功能集成”为技术突破目标，聚焦以下三个科学问题开展研究：科学问题一：人体运动解析及其运动谱的机械创成人体运动执行系统再造的原理是设计和制造机械运动装置并接入神经控制系统，替代缺失的肢体功能。以手为例，为实现其功能重建，要求假肢复现人手的运动谱并在生机接口支配下完成运动和操作。本项目拟采用运动分治原理设计假肢机构，实现人手的运动谱复制。利用生机接口控制模式运动，保证运动系统与接口的功能匹配，拓展前期研究工作；采用植入式机械智能和自治反射控制功能实现顺应运动、反射运动与模式运动的分治。为此需要研究的问题包括主次运动分治机构的设计原理，运动谱的形成机制与运动分治方法，机械智能设计和植入原理及顺应运动的自治特性，欠驱动机构、机械智能结构、反射运动机构集成设计方法，以及功能结构和功能器件的集约化制造原理。科学问题二：机电刺激驱动的神经功能重塑与调控实验研究表明，感知信息反馈、肢体机械刺激和神经电刺激均可诱发神经功能改变，这一发现为假肢感知系统、神经功能修复装置等研究树立了目标利用外部机电刺激对神经系统的功能进行重塑和调控。但该研究面临的难题是：如何对机电刺激的时空模式进行编码？为此需要探明神经功能重塑过程的动力学特性及其与机电刺激的关联规律，建立机电刺激模式编码与控制原理，研究基于反馈编码信息容量需求的感知系统设计、制造和信息合成方法。该研究的突破不仅可为运动神经功能重塑提供科学基础，也可为假肢的运动感知功能一体化再造提供科学原理和依据。科学问题三：运动功能替代装置的神经接入与控制神经控制系统接入和神经交互是假肢等替代装置的基本功能要求。生物信号是神经系统接入、人机通讯和交互控制的信息载体，从生物信号中识别神经系统的控制信息并控制替代装置运动，是实现神经系统功能延伸和人机功能集成的基础。其基本科学问题是：神经系统的运动控制信息在生物信号中如何表征？研究和发现人体运动信息在生物信号中的特征表现，建立人体运动谱与特征信息的关联模型并揭示其时窗依赖特性，发展短时窗生物信号的实时自适应解码方法，探明生机交互过程中神经系统与生机接口的双向适应机制...
