有史以来第一次，脊髓损伤患者的复杂触觉离现实又近了一步。发表在《科学》杂志上的一项新研究为通过大脑刺激实现复杂的触觉铺平了道路。
这些研究人员都是美国皮质仿生学研究小组的成员，他们发现了一种独特的方法，可以通过在大脑中植入电极的特定微刺激模式来编码手部的自然触觉。这使得脊髓损伤的人不仅可以用大脑控制仿生手臂，还可以感觉到触觉的边缘、形状、曲率和运动，这在以前是不可能的。
“在这项工作中，这项研究首次超越了之前在脑机接口（BCI）领域所做的任何研究——我们向参与者传达了与方向、曲率、运动和3D形状相关的触觉，参与者使用的是大脑控制的仿生肢体。”我们现在处于人工触摸的另一个阶段。我们认为，这种丰富性对于达到灵巧程度、操纵性和人类手部典型的高维度触觉体验至关重要，”该研究的主要作者、瑞典查尔姆斯理工大学的助理教授Giacomo Valle说。
触觉的重要性
触觉为我们的日常生活带来丰富和独立。对于患有脊髓损伤的人来说，从手到大脑的电信号本应让人感受到触觉，但却被损伤阻断了，触觉也就丧失了。一种由用户大脑信号控制的仿生肢体可以让瘫痪的人恢复一些功能和独立性，但如果没有触觉，就很难举起、握住和操纵物体。此前，仿生手不会被用户视为身体的一部分，因为它不会像生物手那样提供任何感官反馈。这项研究旨在提高体外仿生肢体的可用性，它将被安装在轮椅上或类似的设备上，靠近用户。
用大脑控制仿生肢体的植入式技术
在这项研究中，两名BCI参与者在大脑的感觉和运动区域（代表手臂和手）安装了慢性脑植入物。在几年的时间里，研究人员能够记录和解码大脑中发生的与手臂和手的运动意图相关的所有不同的电活动模式。这是可能的，因为电活动仍然存在于大脑中，但瘫痪阻止了它到达手。用这种技术解码和破译大脑信号是独一无二的，它允许参与者用大脑直接控制仿生手臂和手，与环境互动。
将复杂的触觉输入大脑
参与者能够完成一系列复杂的实验，这些实验需要丰富的触觉。为了做到这一点，研究人员通过植入物将特定的刺激直接输入用户的大脑。
“我们找到了一种方法，通过使用大脑中的微小电极进行微刺激来输入这些‘触觉信息’，我们找到了一种独特的方式来编码复杂的感觉。这使得使用仿生手时可以获得更生动的感官反馈和体验，”Valle说。
参与者可以感觉到物体的边缘，以及指尖的运动方向。
通过利用脑机接口，研究人员可以从参与者的大脑中解码运动意图，从而控制仿生手臂。由于仿生手臂上有传感器，当一个物体接触到这些传感器时，刺激就会被发送到大脑，参与者就会感觉到这种感觉，就像它在他们手中一样。这意味着参与者可以用仿生手臂以比以前更高的精度完成复杂的任务，比如拿起一个物体并将其从一个位置移动到另一个位置。
神经义肢复杂触觉的未来
这项研究只是让脊髓损伤患者能够感受到这种复杂触觉的第一步。为了捕捉研究人员现在能够编码并传达给用户的复杂触摸的所有特征，需要更复杂的传感器和机器人技术（例如假肢皮肤）。用于刺激的植入式技术也需要发展，以增加感觉的范围。
参考文献
Tactile edges and motion via patterned microstimulation of the human somatosensory cortex
