科技之光：給機械臂加上觸覺，可讓殘疾人行動更自如

圖片來源：Pixabay

大多數健全人都可以輕而易舉(ju) 地完成簡單的日常事務——當他們(men) 伸手去拿一杯熱咖啡時，他們(men) 能夠感受咖啡的重量和溫度，並以此調整握姿，防止液體(ti) 灑出。當人手部的觸覺和運動控製係統完好時，在觸碰或者握住物品的瞬間，他們(men) 就能感覺已經接觸到物體(ti) ，從(cong) 而能夠自如地開始移動或舉(ju) 起物體(ti) 。

但是當一個(ge) 人操作假肢時，這些工作就變得非常困難，更別說是用大腦去控製了。

發表在《科學》（Science）雜誌的論文中，一個(ge) 來自美國匹茲(zi) 堡大學康複中心神經工程實驗室（University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs）的生物工程師小組描述了如何通過增加大腦刺激來喚起觸覺，從(cong) 而使操作者更方便地操作機械臂。實驗中，當在視覺基礎上補充人工觸覺後，操作者抓取和移動物體(ti) 的平均時間從(cong) 20.9秒減少到10.2秒。

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論文的聯合通訊作者、匹茲(zi) 堡大學物理醫學與(yu) 康複係（Department of Physical Medicine and Rehabilitation）的副教授Jennifer Collinger說：“從(cong) 某種意義(yi) 上說，我們(men) 預料到這會(hui) 發生，但是我們(men) 沒想到能達到實驗中觀察到的程度。肢體(ti) 和手部的觸覺反饋對我們(men) 日常生活中的正常行為(wei) 至關(guan) 重要，當這一反饋缺失時，人們(men) 的行為(wei) 能力就會(hui) 受損。”

這項研究的參與(yu) 者Nathan Copeland是世界上第一個(ge) 不僅(jin) 在大腦運動皮層，而且在大腦體(ti) 感官皮層（大腦中處理身體(ti) 感官信息的區域）也植入了微型電極陣列的人。這個(ge) 陣列讓他不僅(jin) 能通過大腦控製機械臂，還能接收到觸覺反饋，與(yu) 脊髓功能完好的人身上神經回路的運作方式類似。論文中對他的情況進行了描述。

Copeland說：“我已經對刺激產(chan) 生的感覺以及在沒有刺激的情況下執行操作都非常熟悉了。盡管這種感覺不是‘自然的’，能夠感覺到壓力和輕微的刺痛，但絲(si) 毫不會(hui) 困擾我。我從(cong) 來不覺得接收刺激信號是我需要去適應的，在執行操作的同時接收到刺激信號，對我而言自然得就像‘花生醬夾果醬三明治’。”

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一場車禍中，Copeland手臂受損，於(yu) 是他加入了一項用以測試觸覺運動微電機的腦-機接口（brain-computer interface，BCI）的臨(lin) 床實驗，並植入了美國Blackrock Microsystems公司的四塊微電機陣列，通常也稱作Utah陣列。

這篇論文是在早期研究基礎上的進一步深入。早期的論文首次描述了使用微小的電脈衝(chong) 刺激大腦的感覺區域，將如何在一個(ge) 人的手部激發觸覺，這種方法甚至對由於(yu) 脊髓損傷(shang) 導致四肢失去感覺的人也有效。而這項新的研究中，研究人員將用來自腦部的信號控製機械臂的運動與(yu) 信號傳(chuan) 回大腦產(chan) 生的感官反饋結合起來。

在一係列的測試中，腦-機接口操作者被要求從(cong) 桌子上拿起各種物體(ti) 並轉移到一個(ge) 較高的平台上。實驗證明，加入電刺激產(chan) 生的觸覺反饋後，參與(yu) 者完成任務的速度是在沒有電刺激情況下的兩(liang) 倍。

在新的論文中，研究者希望能在盡可能接近真實世界的環境中測試觸覺反饋的效果。

論文的聯合通訊作者、匹茲(zi) 堡大學物理醫學與(yu) 康複係（Department of Physical Medicine and Rehabilitation）的副教授Robert Gaunt說：“我們(men) 不希望在任務中去除知覺的視覺成分。即使是恢複有限的、有缺陷的知覺，（殘疾）人的行為(wei) 能力都有了非常大的提升。為(wei) 了使觸覺更逼真，並將這項技術應用於(yu) 人們(men) 的生活，我們(men) 還有很長的路要走。但是當我們(men) 距離重建大腦的正常輸入這一目標越近，我們(men) 的生活就會(hui) 越美好。”

翻譯：顧晨月

編輯：戚譯引

引進來源：匹茲(zi) 堡大學

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