假肢能用大脑直接控制，还有触觉？再也不怕剁手了

2017年11月16日 03:49:56
来源：果壳网

原标题:假肢能用大脑直接控制，还有触觉？再也不怕剁手了！双十一剁完手后，你有没有想过用什么去拿快递

原标题:假肢能用大脑直接控制，还有触觉？再也不怕剁手了！

双十一剁完手后，你有没有想过用什么去拿快递？本AI帮你想好了！这只仿生手通过植入电极，连接你的神经系统，让你重新拥有触觉，你可以感知物体形状、大小、软硬，甚至可以用大脑控制仿生手，实时抓握物品，准确度达到97%。剁完手的你再也不用担心拿快递的问题，科学让你再次“长出”一只手。

——嘛，这只手当然不是给剁手党们准备的，而是截肢者的曙光。

让截肢者重新获得自己失去已久的东西——触觉，这是人类的假肢移植技术史上一个里程碑似的突破。这个雄心勃勃的项目被命名为Lifehand，是20世纪80年代末由意大利仿生机器研究所（Pisa’s scuola superiore sant’Anna）的保罗·达里奥（Paolo Dario）教授发起，旨在将电极植入手臂末梢神经，从而用神经控制假肢。

这只仿真手将通过电极与患者的神经系统直接相连。图片来源：Independent

2008年，Lifehand项目成功试验了第一个在截肢患者周围神经植入电极，从而直接控制生物电的假肢。2009年，这只仿生手被暂时移植在一位名为皮埃保罗·佩德罗自埃洛（Pierpaolo Petruzziello）的截肢病患身上，他在一场事故中失去了下臂。安装这种假肢后，佩德罗自埃洛可以控制假肢实现抓握活动，还能感受到假肢掌心遭受的针扎。

这一阶段的仿生手只是半成品，因为仅在两个部位安放了传感器。该项目于2013年进入第二阶段，名为Lifehand 2。实验的研究项目被命名为neMesis(neurocontrolled Mechatronic hand prosthesis)。Lifehand2的目标是创建一个可完全植入的假肢系统，通过患者的神经系统进行丰富的感应和控制，实现大脑与假肢间的双向控制，让假肢在日常活动时可以具有与天然肢体相当的灵活性。

两代仿生手：2008年（左）与2013年（右）图片来源：http://www.unicampus.it/eng/current/lifehand-2

实验过程中使用了意大利仿生机器研究所的ArtsLab实验室开发的生物仿生肢体原型OpenHand，使得这种双向信号传递得以实时进行，而没有任何明显的延迟。

与第一阶段不同，Lifehand2在五指指尖、手掌、手腕等处都添置了传感器，通过四个神经内电极直接与大脑通信，植入病人残肢的正中神经和尺神经中。触觉传感器发送给大脑关于不同物体形状、一致性和位置的信息。信息从假肢开始，通过电极传到神经，最终到达大脑。相反，病人可以通过自由意志或感官的反馈，实时移动物品并适当地控制力量。

在这只仿真手中，绿色部分安装有驱动马达，红色部分安装有肌腱拉力传感器，黄色部分则安装着触觉传感器。图片来源：Independent

瑞士洛桑联邦高等理工学院（Ecole PolytechniqueFederale de Lausanne）的西尔维斯特•米榭拉（SilvestroMicera）医生在一次美国科学促进协会（AAAS）会议上表示，增加传感器是为了让患者能够尽量多地拥有正常人的触觉。“这样病患能够体会捏的感觉，可以拥有各个手指的触觉，可以感受到假肢的活动。”他在会议上说，“我们升级了仿真手与患者身体连接的部位，理想中患者将可以对假肢进行更多更细微的操控。”

此次人体实验挑选了来自丹麦的索伦森（Dennis Aabo Sørensen），拥有一家室内装潢公司的他是3个孩子的父亲，却因为2004年新年午夜的爆竹事故导致左臂截肢。然而很幸运的是，他作为Lifehand2的实验对象，拥有重获触觉的可能性。

索伦森（Dennis Aabo Sørensen）。图片来源：http://www.unicampus.it/eng/current/lifehand-2

首先，索伦森需要进行手术前检查，包括血液测试、心电图、胸部X光等来评估他的健康状况，并监测他在截肢后大脑区域和功能的重组状况。

手术由神经外科医生爱德华多·马科斯·费尔南德斯（Eduardo Marcos Fernandez）和他的团队实施，共持续7个多小时——在索伦森左臂内侧切出一个大约15厘米长的切口，将神经从肌肉和脂肪组织中分离出来，通过外科显微镜分别在正中神经和尺神经中植入两个神经内电极。

图片来源：http://www.unicampus.it/eng/current/lifehand-2

在神经组织内，通过导针将含有接触点的电极放置在神经组织内。其余用显微细丝将神经和微针线相连，以保证更大的稳定性。此外，手术还对病人应激系统进行了测试。

病人术后2天出院，进入假肢训练阶段。训练为期近三周，每天数小时，病人学习如何识别分类电脉冲，这与生物控制手的传递特征相同。训练过后的假体实验持续8天，在此期间，索伦森每天要面对两段大约4小时的疗程。

图片来源：http://www.unicampus.it/eng/current/lifehand-2

在此期间，他进行了触觉识别与抓握练习。这些物体的形状各不相同。在实验过程中，病人被蒙住眼睛和耳朵，仅依靠在假肢上的传感器发送到大脑的感觉信息，而没有视觉或声音的帮助，从而评估病人正确感知和抓握的能力。

图片来源：http://www.unicampus.it/eng/current/lifehand-2

Lifehand2的实验可以说是非常成功的，病人可以通过感官区域有效地控制整个手掌的力量。此外，病人可以区分硬、中、软对象的不同，准确度超过78.7%；识别物体的基本形状和大小，如瓶子、棒球，准确度超过88%；感知物体的位置，实现抓取，准确度97%；当病人对物体施加错误的压力时，可以自我纠正，反应时间小于100毫秒。