2021-06-11
 
研究:长期使用机械手不会重新映射触觉
2021年06月11日   阅读量:975

神经科学和工程学的进步为类似卢克·天行者的机械手带来了巨大的希望,这种机械手几乎与人类肢体无法区分。解决这一挑战的关键是设计出的设备不仅可以通过用户自己的神经活动进行操作,而且还可以准确、准确地接收和传递感官信息给用户。


芝加哥大学和查尔姆斯理工大学的神经科学家发表在《细胞报告》杂志上的一项新研究强调了这可能证明是多么困难中国机械网okmao.com。在一组三名受试者中,他们的截肢已被神经肌肉骨骼假肢取代,研究人员发现,即使在使用这些设备一整年之后,参与者的主观感觉也从未改变以匹配他们假肢设备上触摸传感器的位置。


触觉的稳定性突出了神经系统适应不同感觉输入的能力的极限。


三名肘关节上方截肢的参与者配备了直接固定在肱骨上的高科技神经假体装置。用户可以通过从植入残留手臂肌肉中的电极接收到的信号来控制假肢设备,并通过另一组植入电极接收到感官反馈。位于义肢拇指上的传感器触发神经刺激,进而引发触觉。


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然而,由于神经的组织基本上是任意的,外科医生无法确定电极的放置是否会在拇指的正确位置产生感觉。在这项研究中,假肢使用者没有报告在拇指上有这种感觉,而是在其他手部位置,例如他们的中指或手掌。


然后参与者每天佩戴假肢超过 12 小时,在他们的日常生活中使用它来操纵物体超过一年。


“目前神经电极的一个问题是,在植入手术期间你无法分辨神经的哪一部分对应什么感觉,因此电极并不总是准确地落在神经中与神经位置匹配的位置。假手中的传感器,”神经肌肉骨骼假肢的主要作者和开发者、查尔姆斯理工大学仿生学副教授、瑞典哥德堡仿生学和疼痛研究中心主任 Max Ortiz Catalan 博士说。


“我们希望,因为患者在几个月中整天和每一天都在抓物体并感觉手部其他部位的感觉,大脑将通过将感知的感觉转移到拇指来解决不匹配,”他继续道。


尽管在与物体交互时能够观察到他们的手,但没有一个用户报告说他们感觉到拇指上的感觉,而是感觉在最初感觉到的同一区域持续存在。


“每一天,一年中,这些受试者看到他们的假肢拇指触摸东西,并在不同的位置感觉到它——有时靠近拇指,但不在拇指上——而且这种感觉从未改变。甚至没有一丝一毫,”芝加哥大学生物生物学和解剖学詹姆斯和凯伦弗兰克家族教授、资深作者 Sliman Bensmaia 博士说。


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这些结果挑战了关于肢体丧失后大脑可塑性的普遍教条。许多人认为,大脑在失去感觉输入后具有很强的自我重组能力,可以将现有的、未使用的脑组织用于其他目的。


Bensmaia 说:“有人认为神经系统真的是可塑性的,所以如果你看到你看到的和你的感觉不匹配,这是神经重新映射的好机会。” “例如,如果你将两个手指缝在一起,看看它在大脑中的表现,它们似乎已经合并了。”


“但我认为这个想法被夸大了。这不像是在重新整理房间,而更像是在空荡荡的房间里听到回声,”他继续说道。“你可能会从相邻的四肢得到一些重叠的感觉,但这只是因为大脑中过去对感觉做出反应的区域是空的,激活它周围的神经元会导致通过空虚产生回声。”


这项研究强调了在使用这些类型的神经假体设备为患者植入感觉阵列时确切知道电极放置位置的重要性,因为大脑似乎不太可能对其感知感觉输入的方式进行实质性调整。“这意味着你真的必须把它做好,”本斯马亚说。“这里没有多余的东西。”


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