研究人员为触敏假肢奠定了基础

研究人员正在努力创建一个模块化的人工上肢，将恢复自然电机控制和患者的感觉。

芝加哥大学的新研究正在为触摸敏感的假肢奠定基础，即一天可以通过与大脑的直接接口来传达实时感官信息。

该研究在美国国家科学院诉讼中发表的早期，标志着新技术的重要一步，如果成功实施，将增加机器人假肢四肢的灵活性和临床活力。

“为了恢复手臂的感觉电机功能，您不仅必须更换大脑向手臂移动到臂的电机信号，但您也必须更换手臂发送回到大脑的感觉信号，”该研究的高级作者，Sliman Bensmaia，博士，芝加哥大学有机体生物学和解剖学系助理教授。“我们认为关键是调用我们所知道的完整有机体的大脑如何处理感官信息，然后尝试通过刺激大脑来再现这些神经活动模式。”

Bensmaia的研究是彻底改变假肢的一部分，这是一个多年的国防高级研究项目机构（DARPA）项目，寻求创建模块化，人工上肢，该项目将恢复自然电机控制和患者中的感觉。该项目由约翰霍普金斯大学应用物理实验室管理，汇集了学术机构，政府机构和私营公司的跨学科专家团队。

芝加哥大学的Bensmaia和他的同事专门用于这些四肢的感官方面。在一系列与猴子的实验中，其感官系统非常类似于人类，它们鉴定了在自然物体操纵期间发生的神经活动的模式，然后通过人工手段成功地诱导这些图案。

第一组专注于接触位置，或感测皮肤的感测。培训动物以识别与其手指的几种物理接触模式。然后，研究人员将电极连接到对应于每个手指的大脑的区域，并用递送到大脑的适当区域的电刺激替换物理触摸。结果：这些动物对人工刺激的反应方式相同，因为它们对身体接触。

接下来，研究人员专注于压力的感觉。在这种情况下，他们开发了一种算法，以产生适当的电流以引出压力的感觉。同样，动物的反应是相同的，是否通过手指或通过人工手段感受到刺激。

最后，Bensmaia和他的同事研究了联系事件的感觉。当手首先触摸或释放对象时，它会在大脑中产生一系列活动。同样，研究人员确定了大脑活动的爆发可以通过电刺激模仿。

这些实验的结果是一组指令，可以结合到机器人假体臂中，以通过神经界面向大脑提供感觉反馈。Benspsmaia认为，这种反馈将使这些设备更接近人类临床试验中的测试。

“破译电机信号的算法已经到来了很长的路，您现在可以使用七个自由度控制臂。这是非常复杂的。但我认为有一个强有力的论点，因为在感官反馈结合到伦理于之前，他们不会在临床上可行，“Benspaia说。“当它是，这些四肢的功能将大幅增加。”

国防高级研究项目机构，国家科学基金会和国家卫生研究院资助了这项研究。其他作者包括Gregg Tabot，John Dammann，Joshua Berg和Jessica Boback来自芝加哥大学;和弗朗西斯科·替补臣和R. Jacob Vogelstein来自约翰霍普金斯大学应用物理实验室。

出版物：Gregg A. Tabot等，“通过大脑界面恢复假肢的触摸感，”2013年PNAS; DOI：10.1073 / pnas.1221113110

图像：PNAS，2013年