截肢者用仿生指尖感受紋理

截肢者可以通過與上臂神經(jīng)相連的人造指尖實時感受到平滑和粗糙。此外，非截肢者的神經(jīng)也可以受到刺激而產(chǎn)生粗糙感，無需手術(shù)，這意味著截肢者的假肢觸覺現(xiàn)在可以在完整的個體上進行開發(fā)和安全測試。

傳遞這種復(fù)雜觸覺信息的技術(shù)是由Silvestro Micera和他在EPFL(洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院)和SSSA(圣安娜高等學(xué)院)的團隊以及Calogero Oddo和他在SSSA的團隊共同開發(fā)的。研究結(jié)果發(fā)表在《eLife》雜志上，為發(fā)展仿生假體提供了新的、更快的途徑，增強了感官反饋。

“刺激的感覺就像我覺得我的手,“截肢說丹尼斯Aabo S?rensen人工指尖連接到他的樹樁。他繼續(xù)說道:“我仍然感覺到我失去的那只手，它總是緊握在一個拳頭里。我感覺到了幻手食指指尖的質(zhì)感。”

S?rensen是世界上第一個使用仿生識別紋理指尖連接到電極,外科手術(shù)植入高于他的樹樁。

神經(jīng)S?rensen的手臂被連接到一個人造的指尖配備傳感器。一臺機器控制著指尖在刻有不同圖案的塑料上的移動，這些圖案有光滑的，也有粗糙的。當(dāng)指尖在有紋理的塑料上移動時，傳感器就會產(chǎn)生電信號。這個信號被翻譯成一系列的電脈沖，模仿神經(jīng)系統(tǒng)的語言，然后傳遞給神經(jīng)。

S?rensen可以區(qū)分粗糙和光滑的表面96%的時間。

在之前的一項研究中，索倫森的植入物被連接到一個增強了感知能力的假手上，使他能夠識別形狀和柔軟度。在eLife雜志上關(guān)于紋理的新出版物中，仿生指尖獲得了更高水平的觸覺分辨率。

模擬非截肢者的觸摸

同樣的實驗也在非截肢者身上進行，不需要手術(shù)。觸覺信息是通過細針傳遞的，這些細針暫時通過皮膚附著在手臂正中神經(jīng)上。非截肢者能夠辨別粗糙紋理的幾率為77%。

但是來自仿生指尖的觸覺信息真的和來自真實手指的觸覺相似嗎?科學(xué)家們通過比較非截肢者的腦電波活動來測試這一點，一次是用人造指尖，另一次是用他們自己的手指。受試者頭上的腦電圖帽收集到的腦部掃描顯示，大腦中被激活的區(qū)域是類似的。

這項研究表明，這些針以與植入電極相同的方式傳遞有關(guān)紋理的信息，這為科學(xué)家們提供了一種新的方法來提高假肢的觸覺分辨率。

“這項研究融合了基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用工程:它提供了額外的證據(jù)，證明神經(jīng)修復(fù)術(shù)的研究可以促進神經(jīng)科學(xué)的爭論，特別是關(guān)于人類觸覺的神經(jīng)機制，”SSSA生物機器人研究所的卡洛格羅·奧多(Calogero Oddo)說。“它還將被應(yīng)用到其他領(lǐng)域，比如手術(shù)、救援和制造機器人中的人工觸摸?！?/p>