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仿生假肢无需大脑指令
2014年01月07日   admin   浏览:2363
  
    让大脑控制假肢的方法,或许正是完全忽略大脑。  

 
    近几年,科学家在假肢与大脑的直接连接方面取得了大量进展。多项研究报道了严重残疾的病人(或实验室的猴子)可以通过大脑控制仿生假肢,再次拿起茶杯,甚至举起手臂,与人击掌。
 
    然而,这类装置只能作为精密的实验样品,因为需要不断地调试,才能确保装置与大脑之间的良好联系。如何准确、稳定地读取植入大脑中电极发出的信号,对神经科学和生物医学工程领域来说,是一个巨大挑战,要解决这个问题,可能还需要好几代人的努力。
    现在,科学家和工程师找到了一个填补这一缺失环节的替代方法——假肢不需要解读大脑发出的各种复杂信号,而是接收来自截肢后残存神经末梢的命令。
    由美国芝加哥康复研究所(Rehabilitation Institute of Chicago)研发的机械小腿,或许是迄今为止最好的例子。那里的科学家将一个由96个电极组成的圆柱状网架,装在扎克·沃特(Zac Vawter)截肢后的大腿上。沃特今年32岁,2009年在摩托车事故后,进行了小腿截肢手术。医生在2013年9月的《新英格兰医学杂志》(New England Journal of Medicine)中报道,沃特大腿中的电极从外周神经末梢,接收来自大脑的信号,并指挥假肢行走甚至爬台阶。
    为了从沃特大腿残存的神经中获取清晰的神经信号,医生将刺激足部运动的神经连接到肌肉上,以增强神经信号。芝加哥康复研究所仿生医学中心的主任托德·库伊肯(Todd Kuiken)说,“肌肉组织能够将原信号增强大约1 000倍”。
    另一种新型假肢则利用类似的外周连接,将四肢的感受信号传回大脑,让截肢病人重获触觉。美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的研究人员,将微型电极植入截肢者的上臂,并将其与机械手臂和仿生手相连。当仿生手中的感应器感测到压力时,这些电极就会刺激神经末梢,将触觉信息传给大脑。研究人员让蒙住眼睛的病人摘葡萄,以测试这个装置。
    凯斯西储大学生物医学工程副教授达斯汀·泰勒(Dustin Tyler)说,“病人能够以恰到好处的力道,将葡萄从枝上摘下,并且不会捏坏葡萄”。
    当然,我们仍然需要研究大脑与假肢之间的直接连接方式,以帮助那些因脊髓受损,而无法向四肢传递神经信号的病人。但在此研究成功前,假肢与外周神经的连接,或许能帮助美国100万腿部截肢者中的一部分,走得更顺畅。
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