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新型机械手臂:芯片植入和传感技术让瘫痪病人恢复触觉

导读: 在美国匹兹堡大学生物医学院开发的一种电极植入物帮助下,这名瘫痪病人首次获得了有限的触感。这种电极植入物能刺激患者的大脑,并使其在机械手臂的手指处感受到像压力一样的感觉。

  18岁时,美国小伙儿NathanCopeland因车祸折断脖子并伤到脊髓,此后他便无法感觉到或移动自己的腿和小臂。如今,12年后,当一只机械手臂的手指被触碰到时,Copeland终于有了感觉。这是因为手指上的传感器同Copeland大脑中的一个植入物相连。

匹兹堡大学生物医学专家为Copeland研发的机械臂

  在美国匹兹堡大学生物医学院开发的一种电极植入物帮助下,这名瘫痪病人首次获得了有限的触感。这种电极植入物能刺激患者的大脑,并使其在机械手臂的手指处感受到像压力一样的感觉。

  Copeland在接受手术的约1个月后表示称,他能感觉到每个手指。有时它感觉像是电流,有时像是一种压力,但大多数情况下,他能在一定的精度内分辨出大部分手指。这种感觉就像是我的手指正在被触摸或挤压。

  主导此项研究的研究者表示,此项研究基于此前取得的成果:装有触觉传感器的假肢以及连接到截肢留下的残肢中的神经,使试验参与者得以感知压力和纹理。不过,在脊髓受伤的患者中实现这一壮举更具挑战性,因为其四肢和大脑的连接已经受到破坏或被切断。

机械手臂手指上的传感器被触摸时,Copeland能分辨出是哪个手指正在被刺激

  Copeland的躯体感觉皮质中被移植进两个微电极阵列,每个约4毫米宽。此外,还有两个电极被放置在控制手和胳膊移动的运动皮质中。来自所有这些电极的电线从他的头顶伸出,并且和一台电脑以及一个机械手臂相连。

  当研究团队在植入该设备的4周后刺激感觉大脑区域时,Copeland经历了像触感一样的感觉。当同其大脑中的电极相关联的机械手臂手指上的传感器被触摸时,他能分辨出是哪个手指正在被刺激,有时还能分辨出是手指的哪个区域。这些连接并未随时间发生改变,同时,电流刺激没有损伤到大脑。

  不过,此项研究仍存在局限性。尽管Copeland报告称感觉到了最基本的像压力一样的触摸,但并未经历对移动、温度或疼痛的感知。与此同时,他无法感觉到机械手臂的指尖或者拇指。移动芯片或者加入更多芯片或许会让手更加敏感。然而,和对压力的感知相比,诸如移动等感觉是由更难接近的大脑区域感知的。同时,和手相比,对应脚等其他身体部位的大脑区域也更难接近。

  据悉,这些挑战或许通过研制拥有更多电极的植入物或者利用能被植入大脑更深处的灵活材料得以克服。 

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