——记华中科技大学特聘教授何际平

本刊记者　焦丹丹

　　一张沙发，一张办公桌，一排书柜——华中科技大学，一间再普通不过的办公室。言语诚恳，一脸和善，神清气爽，一位再普通不过的中年人，名叫何际平。然而，就在这样的办公室内，在这个平和的中年人身上，却有着一种不一般的力量——控制。
　　从了解神经对肌肉功能的控制，到探索大脑皮层在学习和康复运动过程的角色，从研究机器人自动化系统，到将控制科学应用于神经康复和假肢研发，这一切都是源于“控制”的力量。而何际平，正是控制领域的科学家。
　　
求学篇——拾级而上的历历往事
　　知止而后有定，定而后能静，静而后能安，安而后能虑，虑而后能得。   ——摘自《大学》
　　　　
　　儒家经典《大学》第一章中有这样描述求学的句子，原文大意是：知道自己的目标之后才能确定志向，从而平心静气，进而安然面对困难，并有针对性地进行思考，如此最终才能有所收获。
　　立志“潜心科研”
　　何际平是恢复高考后的首届考生，此前在工厂的三年工作经历让他认识到了中国技术力量的欠缺。强烈的责任感和使命感像火一样在他的心中燃烧，促使他下定决心，渴望在中国工业的自动化方面做出贡献。然而另一方面，由于父亲当时受过神经上的损伤，辗转治疗终不见其效，何际平又想报考神经医学专业，学成后治疗像父亲一样的神经损伤患者。纠结再三，他还是选择了自动化专业，并最终被华中科技大学自动化专业录取。
　　带着明确而坚定的目标，何际平走进了象牙塔，开始了新的征途。他争分夺秒，他从不懈怠。他视线所及，不是校园里霞蔚满天的如画风光，不是球场上挥汗如雨的欢畅韵致，而是昔日工友们因缺乏技术知识而被迫在进口的自动车床上手动劳作的辛酸往事。他听到自己心灵发出的声音：“我要做最好的科研，我要改变工厂手动劳作的历史，让更多的人能够从机器旁边解放出来”。他披着星光，踏着晨露，他将所有的心思都放在图书馆和实验室。书籍打开了他的视野，拓宽了他的知识，而坚定的理想让他从来都是满弦的发条，奔跑，奔跑??
　　留学“开阔视野”  
　　大学四年就在何际平从早到晚的读书声中悄然而过。1982年，何际平被学校送往美国马里兰大学机器人设计与控制专业攻读硕士研究生。在那里，他“邂逅”了生物医学，开始了研究兴趣的一次大转向。而何际平则将这次“邂逅”归结为命运对他的垂青，因为这次“邂逅”，他圆梦了接触神经医学的夙愿。
　　“机器人的动作总让人觉得很笨拙、甚至僵硬，怎样才能使它们做出优雅、自然的动作？”在研究机器人运动状态和轨迹时，这个问题让何际平犯了难。苦思冥想许久，他脑中突然闪过一群动物自由奔跑的画面，灵感顿时涌现：自然界千万年进化的成果，不正是我们可以研究、借鉴的对象？我们为何不能从人和动物神经运动与控制的研究中，找到机器人行走奔跑的优化方案！
　　想到这里，何际平在继续手头的研究项目和课程学习的同时，开始自学生物力学和神经系统相关知识，利用各种机会与实验动物相伴，先后研究过猫、羊、狗、马的跑步与姿态稳定性控制的生物力学和神经控制结构，并将这些知识应用于行走与跑步机器人的研究和控制设计中，他的研究范围逐渐从机器人的控制延伸到结合生物神经系统的控制。
　　博士毕业之际，何际平的论文做的就是利用优化控制原理去研究神经系统的功能与结构问题。在马里兰拿到博士学位之后，何际平又攻读了麻省理工和哈佛联合培养的博士后，期间他一边研究动物在行走与跑步中的姿态控制和稳定性问题，一边将人工智能领域的一些成果应用于跑动机器人的控制。科研是清苦而寂寞的，没有过人的毅力是无法在这个充满挑战的领域发展的，而这样清苦且寂寞的日子，何际平一过就是八年。
　　1990年，何际平结束了在麻省理工学院人工智能研究所行走机器人实验室（现BOSTON DYNAMICS的前身）的博士后研究生涯，进入一家在费城的著名医学院，与医生合作进行神经外科和康复科的临床研究，开始接触神经接口和神经调控领域。
　　医学院的四年对何际平以后的科研生涯至关重要。四年里，他不仅系统的学习了神经医学的基础知识，对神经系统的各种疾病有了更深刻的认识，而且积累了各类医学知识，为他以后从事交叉学科的研究奠定了坚实的基础。
　　获得8项美国专利，发表200余篇论文，何际平还创立了美国亚利桑那州立大学神经联接与脑控制研究中心，对应用先进控制理论探讨神经系统结构和工作原理有开创性的贡献。在柔性微电极、猕猴运动功能训练、神经元群体的多通道实时记录和分析、运动和传感信息编码、康复机器人的研发和控制等相关领域的丰富经验和成果，使何际平已成为了这一交叉领域的国际领军人物。
　　“一是做了用脊髓外的电刺激帮助脊椎损伤病人站立行走，二是做了可穿戴的外骨格式的康复机器人为中风病人恢复手臂功能，三是把先进控制理论应用于神经系统结构的研究，这三项成果是我在美期间最具标志性的研究成果。”

　　
学术篇——执着探索的点滴足迹
　　山径之蹊间，介然用之而成路；为间不用，则茅塞之矣。  ——出自《孟子·尽心下》
　　
　　意思是：山坡的小路，经常去走，便变成大路；只要一段时间不走，那就会被茅草堵塞。比喻做学问要持之以恒，方能取得成功，浅尝辄止，就会失败。持之以恒，正是何际平学术探索的真实写照。
　　结晶“学科交融”
　　古人云，道生一，一生二，二生三，三生万物，世间万物形态各异，由此衍生出了各种思维和各种学科，将不同的思维，不同的学科交融在一起，往复生一，往往又能获得令人欣喜的新发现。对何际平而言，跨学科是一个绕不开的话题。
　　在进行生物力学和神经系统研究的过程中，何际平从未将之与机器人的运动控制相分离。自动控制与生物神经系统的结合，最终使他走到了技术发展的最前沿。
　　“神经接口与神经康复”是何际平目前正在研究的重点内容，这个项目有一个颇具“野心”的目标：让机器学会“读心术”。何际平希望通过对人和动物神经活动模式的分析，提取出与运动意识相对应的神经信息，再通过人工构建的接口与机械系统相联系，实现机器的自动化运行。
　　也就是说，当人产生一种运动意识时，通过神经系统与外围计算设备之间的接口，机器就可以从与这些意识相关的神经信号中获取对应的控制命令信息，并迅速做出反应。这不仅意味着因中风后遗症而瘫痪的病人可以通过“意念”控制康复机器人辅助自己进行康复训练，还为研制能够“读”出主人一举一动的意图、以假乱真的假肢提供了可能。
　　读书破万卷，下笔如有神。在何际平身上，“破万卷”的意义正是贵在杂。正是由于多学科知识的完美结合，才成就了何际平在生物控制这一高度学科交叉领域所开展的多项研究工作具有开拓性的意义，其成果获得广泛的承认，在生物工程界有广泛而深刻的影响。
　　“交叉学科需要投入更多的时间和精力，隔行如隔山。比如做康复机器人的研究，你要了解康复的作用、医生是如何治疗的、病人的困惑是什么、病人中风以后的神经控制机制发生了哪些变化，了解全面，你的科研成果才能真正帮助到病人。各学科用术语交流时要保证没有障碍，才能谈到一起，但是目前国内的诸多评定体系不利于交叉学科的发展，国家应制定一些评定指标鼓励它的发展。”对于做交叉学科科研的个中滋味，何际平深有感触，对交叉学科未来的发展，他也颇为关切。
　　成果“累累而出”
　　在神经控制系统研究中，何际平首次将多输入多输出最优控制理论应用于涉及姿势与运动的神经控制系统结构研究，建立了用于控制姿势稳定性的脊椎神经通路模型，并采用全状态反馈描述微小扰动条件下的神经系统结构。该模型不仅预测了感觉反馈神经通路连接和肌肉骨骼结构之间的相关性，而且得到了实验验证。该项成果有力促进了运动控制领域控制模型的进一步深入研究。
　　在脊髓硬膜外电刺激应用于行走功能康复的临床实验研究中，何际平在探索脊髓硬膜外电刺激的基本机制方面做了大量研究工作，并推广了该项恢复运动功能疗法的应用。
　　在大脑皮层控制神经假肢的开发中，他长期致力于大脑皮层控制神经假肢的开发，所主持的亚利桑那州立大学神经联接与脑控制研究中心在神经肌肉系统控制和生物系统建模与控制方面具有雄厚的研究实力与完备的实验条件。研究小组通过跟踪分析神经控制信号与手臂运动的相关变化，旨在建立介于大脑运动中枢和肢体动态系统之间复杂的控制模型。目前已完成的研究表明，在受到反复干扰的情况下，大脑皮层神经元能自适应产生预测控制策略，采用自学习算法能辨识所记录的大脑皮层神经元脉冲序列数据，并将其译码为控制机械手臂伸展和抓握的指令。
　　在康复机器人的研究中，他研制的穿戴式上肢康复机器人RUPERTTM采用气动肌肉驱动，主要用于中风偏瘫患者上肢运动功能的主动、被动训练，辅助偏瘫患者在不同运动模式下完成上肢多关节复合运动的重复功能训练。经过不断改进，目前已开发出第4代样机。该成果被美国ABC报道，引起了广泛关注。
　　在学术交流和教研结合中，他投入大量的时间和精力极大促进了控制界对生物医学研究的浓厚兴趣，不仅在控制国际会议上组织专门的生物医学专题研讨，而且主持了2005年第一届神经接口与控制国际会议和2006年神经接口技术中美研讨会。他同时致力于提高学生对交叉学科课程与研究的兴趣，负责了为期5年由NSF资助270万美元的“神经与骨骼肌肉的机构与功能自适应”教研结合培训项目，这是一个包括系统科学、生物力学、神经工程学和实体物理学在内的博士培训项目。
　　
传承篇——五彩斑斓的学科未来
　　学不足以修己治人，则为无用之学。    ——摘自《年谱序》
　　　　
　　原文大意是：学识不能用来改造自己和为社会服务，则没有用处。
　　“目前我研究的重点是把自动化方面的研究与神经系统相结合，这也是促使我回国的原因，国内人口老龄化、肌肉损伤、脑中风等疾病发病率高，但国内医工结合领域的研究却比较薄弱，我觉得应该把我国外的经历带回来，促进国内这一交叉学科的发展。”何际平回国的初衷正是学以致用。
　　回国“学以致用” 
　　其实自1982毕业之时起，何际平就从未断过与母校华中科技大学的联系。1998年第一次回校讲学，他在惊叹学校发展的同时，就产生了将先进技术带回学校的想法。
　　“就脊髓损伤而言，它对人体伤害很重，在治疗过程中如何使病人生存下去，还能生存得更好，如何使他们的生活质量有所提高，这是我们做科研需要思考的问题，我们希望开发出新的辅助机器人去帮助他们，希望科研成果能减轻家庭成员乃至社会的负担。这就是做科研的现实意义，就社会而言，我们的科研对创新产业也有所启示，会促使新的机械、新的治疗方法的产生，这些都是新的智能产业，对中国经济发展、创造就业、生活质量提高等都能有所推动。”
　　带着这样一颗科技报国的赤子之心，何际平自2010年6月起，全职回国任华中科技大学特聘教授，并组建了华中科技大学神经接口与康复技术研究中心。这是一个建立在华中科技大学创新研究院体制下的研究机构，致力于医学、生命科学、信息科学等领域的跨学科交叉融合。
　　中心目前有智能医学应用机器人、神经接口技术、神经康复技术与功能性可塑等几个紧密结合医学、生命科学和工程科学的研究方向，涉及神经接口和神经康复机制的基础研究、神经康复技术的应用等方面。研究中心将为医工合作研究人员提供一个理想的平台，由临床医学提出挑战，生命科学探索机理，工程科学开发技术与工具，通过各学科研究人员的相互交流激发出具有前瞻性视野的研究思路，进而开发出先进与有效的新疗法和新设备，并引申出新的研究课题，推动国内神经康复技术的发展。中心主体依托于华中科技大学控制系，研究骨干则来自多个学院，都是各自领域中的领军学者，如控制系智能所所长王永骥教授，计算机学院计算机科学与应用系主任宋恩民教授，同济医院康复科主任黄晓琳教授，同济医院骨科主任郭风劲教授，以及控制系的黄剑、徐琦、李炜等一批年轻有为的教师。研究中心将为医工合作研究人员提供一个理想的平台，由临床医学提出挑战，生命科学探索机理，工程科学开发技术与工具，通过各学科研究人员的相互交流激发出具有前瞻性视野的研究思路，进而开发出先进与有效的新疗法和新设备，并引申出新的研究课题，推动国内神经康复技术的发展。
　　“就团队建设和人才培养而言，我希望先建立这样一个团队，在团队里做一些讲座，将自己国外的经历与他们分享，然后共同讨论一些学术问题，再开一门交叉学科的课程，把交差学科的理念贯彻下去。”对于中心今后的发展，何际平早有规划。
　　
后记：任心自由飞
　　　　
　　何际平教授手中还有很多项目正在筹备，采访只进行了很短时间。但他志在科研的真挚情怀、内秀于心的朴实秉性以及作为一名学科带头人为我国交叉学科的发展而振臂疾呼的赤诚情怀，都给我们留下了极深的印象。
　　《勇敢的心》里华莱士的父亲曾说：“你的心是自由的，要勇敢去追！”
　　少年的心给予何际平对自然万象的兴趣和思考，青年的心给予他对求索科学的激情与理想，中年的心给予他对多种人生角色的理性认知与精彩演绎，他以过人的科学素养和秉赋为羽，以非凡的毅力和奋斗精神为翼，追随心而飞翔，铸就成功和辉煌！