從神經系統入手改造訊號編碼,兩名截肢者重獲手部觸覺

作者 | 發布日期 2016 年 11 月 05 日 0:00 | 分類 尖端科技 , 醫療科技
雷鋒網配圖

上個月,Medgadget 報導了一項針對截肢患者的研究──截肢者透過安置了壓力感應器的機械手臂感受到了手指的存在。在這個過程中,研究人員在志願者大腦中的軀體感覺皮質進行了相關組織的移植。



日前,來自芝加哥大學和凱斯西儲大學的研究人員組成了一支研究團隊,讓兩個截肢者能在他們被截掉的手部感受到觸覺。與上文提到的研究不同的是,這項研究靠的是手臂正中神經、尺骨神經和橈神經的活動,而且這樣的活動並不直接發生在大腦中。

在實驗過程中,凱斯西儲大學和芝加哥大學的研究人員以及兩名志願者通力合作,對正常人的手部進行訊號編碼的方式進行編程,然後嘗試不同的刺激頻率以及訊號寬度。透過不同實驗設置之間的組合,研究人員最終知道了怎樣才能讓觸覺更加自然。同時,他們也對身體用來製造神經系統訊號的程式語言有了更好的認識,這讓他們能夠讓未來研發的修復器械具備高級的觸覺。

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被外部刺激物(左上角)接收的電剌激會透過經皮導線傳輸到安置在上肢截肢者(左下)的正中神經、尺骨神經和橈神經中的 FINEs 中。每個電極接頭都會在截肢者已經失去手部的小部分區域產生觸覺。

下面,就讓我們一起看看研究團隊發表在 Science Translational Medicine 的論文摘要:

我們發現刺激脈衝寬度和脈衝頻率對人類感受到的觸覺強度影響具有系統性和協同性,人造觸覺會讓截肢者們有自己完整的手臂皮膚上產生了觸摸凹痕的錯覺。我們從刺激參數中,發現了一個量級,我們將它命名為激活率(ACR),它可以預測所有實驗條件下人造觸覺的量級。在利用神經纖維的基礎中,ACR 代表了活化神經細胞中的群峰計數。我們的研究假設群峰計數會讓觸覺量級增加,並證明了這個假設是成立的;同時,我們的研究還發現,感應量級可以被系統地利用到單一刺激量中。

實際上,這已經不是芝加哥大學第一次研究假肢觸覺了。早在 3 年前,雷鋒網就曾經報導過 DARPA 出資贊助芝大的一項針對退役的傷殘軍人的研究──科學家們在觀察猴子抓握物體時神經活動變化的過程中,採用感測器加深腦部刺激的方式,研究擺弄物體的活動與腦部神經活動的關係,由此製造出訊號來刺激腦部產生觸覺。

對芝加哥大學最新研究感興趣的讀者,可以看看研究團隊發表在 Science Translational Medicine 的論文《The neural basis of perceived intensity in natural and artificial touch》,也可以在芝加哥大學官網了解更多詳情。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Medgadget) 

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