大多数身体健全的人只是将他们的日常任务视为理所当然:当他们拿起一杯热咖啡时,他们可以感觉到咖啡的重量和温度,并相应地调整他们的握力,以防止液体溢出。有手臂和手的感觉和动作控制能力的人,在接触到物体的时候会觉得自己可以抓住它,从而可以放心地开始移动或举起它。
然而,当一个人操作假肢时,这些任务变得很困难,更不用说用思维控制了。
在发表在《今日科学》杂志上的一篇论文中,匹兹堡大学康复神经工程实验室的一组生物工程学家描述了如何增加可以引起触觉的大脑刺激,从而使操作者更容易操纵大脑控制的机械臂。在实验中,视觉辅以人工触摸,将抓取和转移物体的时间减少了一半,从20.9秒的中位数时间减少到10.2秒。
从某种意义上说,肢体和手的感觉反馈对于我们日常生活中的正常工作非常重要,而当这种反馈缺失时,人的表现就会受损。
论文描述了研究参与者内森·科普兰的研究进展。他是世界上第一个植入微小电极阵列的人,不仅在他的运动皮层,还在他的体感皮层——一个从身体接收感觉信息的大脑区域——植入。该阵列不仅使他能够用自己的思想控制机械臂,还能接收触觉感官反馈,这类似于人类脊髓完好无损时神经回路的工作方式。
即使感觉不‘自然’:这种感觉就像压力和轻微的刺痛,从来不会困扰我,任何时候都感觉不到刺激,这是假肢佩戴者必须习惯的。
由于一场车祸,他只能有限地使用他的手臂。Copeland参加了一项临床试验,测试感觉运动微电极的脑机接口(BCI),并植入了四个由Blackrock Microsystems开发的微电极阵列(通常称为Utah arrays)。
这篇论文比早期的研究前进了一步,它首次描述了用微小的电脉冲刺激大脑的感觉区域如何引起一个人手部不同区域的反应,即使他们因脊髓而失去四肢并感到受伤。
在这项新的研究中,研究人员结合了从大脑读取信息以控制机械手运动的功能和写回信息以提供感官反馈的功能。
在一系列测试中,要求BCI操作员从桌子上拿起各种物体并转移到高架平台上,并通过电刺激提供触觉反馈,使参与者完成任务的速度比没有刺激时快一倍。
在这篇新论文中,研究人员希望在尽可能接近真实世界的条件下测试感官反馈的效果。
皮特大学物理医学和康复系副教授罗伯特·根特博士说,这项研究并不是要通过消除感知的视觉成分来限制任务。即使恢复了有限的和不完美的感觉,假肢的性能也显著改善了截肢者。要让感觉更真实,让这项技术进入人们的家庭,还有很长的路要走,但我们越接近重建大脑的正常输入,我们的生活就会越好。