生化科技突破!脊髓受損患者透過電子觸覺再次感覺到雙手的存在

作者 | 發布日期 2016 年 10 月 22 日 0:00 | 分類 機器人 , 生物科技 , 醫療科技
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12 年前,一場車禍奪走了納森‧科普蘭(Nathan Copeland)控制他雙手的能力,或者說,是感覺到雙手的能力(手還在,但是大腦無法控制與感覺到)。幾個月前,匹茲堡大學和其醫學中心的研究人員給予科普蘭一個再次接觸、感受周圍世界的新方法──一個心靈控制的機器人手臂,透過每個指尖的壓力感測器,來直接向科普蘭的大腦發送觸覺訊號。



這些科學家近期在《融合醫學與科學》期刊(Science Translational Medicine)上發表了箇中細節。

「這是一個非常奇怪的感覺,」現年 30 歲的科普蘭,在他初次嘗試該系統不久的影片中說。 「有時感覺像電子的東西,有時感覺只不過就是更大的壓力。」但他描述許多來自這機器手臂的感覺是「自然的」。

「當科普蘭用機器人手觸摸物體時,他可以分辨出感覺來自哪根手指,以及物體的軟或硬。」生物科學工程師兼匹茲堡大學物理醫學與復健系的助理教授羅伯特·戈特(Robert Gaunt)說,「但是我們所做的還有極限,我們還無法讓他感覺到絲綢和麻布之間的區別。」然而這還是達成了一個里程碑:「使義肢有用的絕對關鍵」,約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的工程師邁克‧麥克勞林(Mike McLoughlin)如此說道。

麥克勞林是霍普金斯團隊的一員,他開發了科普蘭正在使用的模組化假肢。霍普金斯和匹茲堡兩間大學合作的這個研究得到了美國國防部高級研究計畫署的支持。

「這幾年,我們人類已經能夠單單用意念來控制機器人手臂,但是得完全依靠視力得知手臂是否正確地動作,或者用適當的力量抓取物體。這使得進行日常生活中簡單的事務,比如要如何好好抓牢塑膠咖啡杯而不捏碎它,還是有很大的挑戰性。」,麥克勞林說道。

麥克勞林說:「沒有感覺反饋,所以就得有人實際盯著這個電子義肢,當看到杯子開始變形的時候,趕快關閉手臂。」恢復科普蘭的觸覺是一個艱困的過程,但匹茲堡團隊知道這是可能的。「因為他的脊髓受損,所以他的手已經『脫離』跟他大腦的連結。」戈特說, 「但是大腦沒有失去感覺能力」,所以,團隊開始尋找一種方式直接發送觸覺到科普蘭的大腦。第一步是使用稱為腦磁波儀(magnetoencephalography,縮寫 MEG)的技術來監測他的大腦活動。

戈特說:「當他正在觀看手被觸摸的影片時,我們可以觀察到他大腦的哪個部位變得活躍。」接著,研究人員在科普蘭的大腦中放置了微型電極,來模擬每根手指的對應區域。然後逐步調整電極的存在感,來等待大腦被「治癒」。

在幾個星期前時,團隊終於能夠發送第一個微小的脈衝到科普蘭的大腦。 「當它終於發生了,科普蘭只是非常冷靜地說:『是的,我覺得它在我的食指上』。」戈特回憶說, 「但在後台,我感覺到鬆了一口氣,然後所有人都在歡呼。

當然,心靈控制的機器人仍然遠離消費者應用階段很遠,麥克勞林說:「目前,它們仍然貴、笨重而且太笨拙了,無法在實驗室環境以外使用。如果沒有直接植入電極到大腦中,也就沒有其他好方法來控制它們了。然而,從機器人手臂接收觸覺的能力,有可能幫助數以千計癱瘓的人,還能幫助很多身體殘障的人士。」例如,提供知覺反饋的機器人可以幫助殘障人士在家做飯或清掃環境等。

看來在動漫畫《攻殼機動隊》或者《銃夢》裡電生化科技的普及景象,只要羅伯特·戈特與邁克·麥克勞林的這個研究計畫繼續往前進,終將在未來實現。

(首圖來源:UPMC) 

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