仿生肢体让患者获得真实感知能力

仿生肢体让患者获得真实感知能力本章共69585字, 更新于: 2024-12-16 07:38:47

几十年来，仿生科学家一直致力于恢复四肢缺失或瘫痪人士的肢体者获知行动能力，然而，让患现有的实感仿生肢体并非尽善尽美。美国匹兹堡大学生物工程师罗伯特·冈特表示，仿生要想真正恢复患者的肢体者获知运动能力，关键在于恢复他们对触觉和温度的让患感知功能。

英国《自然》网站在近日的实感报道中指出，科学家目前正竞相赋予仿生肢体的仿生真实感觉。为此，肢体者获知他们在工程技术领域不断钻研，让患对感觉运动系统的实感理解也日益深入。也有专家提醒，仿生在追求技术突破的肢体者获知同时，人们还应关注脑机接口和高科技假肢涉及的让患伦理和安全问题。

编码数据传递触觉

科学家目前正致力于让患者体验到真实的感觉，但这条研究之路并非坦途，仍有许多难题亟待攻克。首要挑战之一是需要编码海量数据。

瑞典查尔姆斯理工大学神经工程师贾科莫·瓦莱解释道，当人们触摸物体时，皮肤上不同的感觉神经元会对物体的形状、压力和质地进行编码。瓦莱一直致力于解码这些神经信号，并尝试通过身体的感觉神经直接将这些信号传递到大脑，让患者重新拥有触觉。

在美国芝加哥大学做博士后期间，瓦莱与截肢患者斯科特·英柏瑞携手合作。1985年，一场车祸让英柏瑞的3块椎骨粉碎性骨折，70%的脊髓被切断，他的感觉和行动能力因此大打折扣。

瓦莱团队的最新研究成果显示，通过植入电极，他们成功地让英柏瑞感受到了触摸某一形状边缘的微妙感觉，甚至让他体验到了指尖拖动物体的细腻动作。他们表示，这项技术将让患者能够用仿生手更自如地操纵和检测物体，或用仿生腿获得更佳的平衡感和步态。

瑞士洛桑联邦理工学院神经工程师苏莱曼·苏库尔等人则正积极探索恢复患者辨别温度能力的途径。他们通过热装置刺激上肢截肢患者剩余肢体的神经，让其佩戴机械手感受到了从温暖到凉爽的奇妙变化。

合成技术恢复运动能力

美国麻省理工学院工程师休·赫尔认为，最重要的是，让患者感觉假肢就像是自己身体的一部分，而不仅仅是仿生的人造装置。

为了实现这一目标，赫尔及众多科学家正致力于将人体多种组织，如肌肉、肌腱、骨骼和神经，与先进的合成技术相结合，以期将人机融合推向全新高度。

赫尔团队与波士顿布莱根妇女医院携手开发出一种方法，通过再生截肢腿残余部分的神经来恢复感觉输入。该方法首先会取下患者一小块脚跟皮肤，然后通过精细的手术将其与残肢的感觉神经连接。接下来，这块皮肤移植物会与肌肉-计算机接口相连，该接口通过肌肉的收缩来激活感觉神经。当肌肉收缩并对皮肤施加压力时，患者便能感受到脚跟仿佛被撞击了一般。该方法最初在大鼠身上进行了实验并取得了成功，目前正开展人体临床试验。

电子皮肤备受关注

在为假肢赋予真实感觉方面，人造皮肤备受关注。美国斯坦福大学的工程师鲍哲南表示，电子皮肤融合了神经科学与工程学领域的最新技术，有望大大拓展假肢的功能。

科学家不遗余力地研发外观和感觉都像皮肤的人造材料。这些材料不仅能敏锐地捕捉环境中的信息，还能生成信号，与神经系统直接“对话”。此外，也有少数实验室致力于提高电子皮肤各个组件的性能。这些组件包括环境传感器、能将感觉信号转换为数字输出的微电路，以及连接传感器与外周神经的电子接口。

美国约翰斯·霍普金斯大学神经工程师尼蒂什·塔科尔在电子皮肤研究领域深耕数年。他认为，人造皮肤领域要想取得质的飞跃，必须在两大领域实现突破。一方面，在纳米材料和电子领域，需要制造出柔性有机晶体管，让它们成为皮肤内的触觉“接收器”，并在受损时能够自我修复。另一方面，在神经科学领域，相关材料能将感官信息转换为数字数据。

鲍哲南对使用“超越人类能力”的电子皮肤充满了期待。她参与的一项研究显示，电子皮肤紧密包裹的机械传感器，能够一次性读取盲文中的整个单词，而非逐个字母地识别。想象一下，其他类似传感器或许能让患者轻松知晓物体的化学成分。

伦理和安全问题值得警惕

尽管脑机接口、神经假体和电子皮肤等领域的进步令人瞩目，但这些尖端技术要想真正被用于改善患者的日常生活，还有很长的路要走。

这些技术成本高昂，需要繁琐且耗资巨大的实验室操作。目前尚不清楚这些设备何时能供患者轻松使用。

美国神经科学网络执行董事珍妮佛·芬奇表示，患者当前面临的最紧迫的问题集中于伦理和安全领域：这些设备由谁来安装？卫生服务部门如何决定这些设备的费用？此外，当设备发生故障或设备制造商破产时，患者可能将面临植入物不受支持或无法工作的困境。

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