像Nathan Copeland這樣有某種形式殘疾的人在全球范圍內(nèi)超過10億，大約占世界人口的15%。大多數(shù)病患都會選擇為自己安上義肢，然而對于脊椎受損的病患來說，由于大腦與四肢的連接已經(jīng)被中斷，義肢的作用對于他們來說微乎其微—— 他們無法自主控制肢體的運動，更無法通過這些缺乏觸覺反饋的人工假肢來感受周圍的世界。

既然身體的控制中心在大腦，那么，能否直接“ 越過” 脊椎系統(tǒng)，只依靠大腦來控制人工肢體？

近日，美國匹茲堡大學與匹茲堡大學醫(yī)療中心合作，研發(fā)了一款能夠 直接通過大腦活動控制的機械手臂。這款機械手臂不僅可以做出相應(yīng)的動作，而且設(shè)備上裝載的傳感器還使得機械手臂第一次具備了可傳遞觸覺反饋的雙向交流功能 。

要操控這個機械手臂，患者首先要在大腦相應(yīng)的感應(yīng)皮層中植入一些微型電極，用于接收從機械手臂上發(fā)出的觸覺信號。這些電極的體積非常小，直徑甚至比不上一粒細沙。在實驗室中，當實驗人員在機械手臂上按壓時，Copeland幾乎能夠馬上感覺到右手臂上施加的壓力，而整個過程都是直接越過脊椎的參與實現(xiàn)的。

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在十幾年前，當Copeland還是青少年的時候，他在一個雨天發(fā)生了意外車禍，之后便被診斷為四肢癱瘓，除了肩膀還有少部分的活動能力外，其他地方已經(jīng)不能動彈。Copeland 決定參與這個實驗項目是五年前的事情。當時，一個由外科手術(shù)醫(yī)生、生物治療工程師和復健醫(yī)療師組成的隊伍希望能夠研發(fā)出一款幫助癱瘓病人重獲觸覺的技術(shù)。不過比起用大腦控制機械手臂運動，讓身體重新接收到觸覺反饋才是團隊面臨的最大難題。

在過去的幾個月，30歲的Copeland 一直與實驗團隊合作，不斷對機械手臂進行試驗。去年春天，醫(yī)生通過尋找感知右手的大腦皮層區(qū)域，在 Copeland 大腦左半球植入了四個微型電極。在此之前，Copeland 的已經(jīng)在腦部植入了用于控制機械手臂運動的芯片。在電極植入完成后，實驗人員蒙上了 Copeland 的眼睛，看 Copeland 能否通過機械手臂接收到相應(yīng)的觸覺反饋。結(jié)果是，Copeland 能夠準確判斷出實驗人員碰的是哪一根手指，甚至還能說出具體的位置。

“ 我?guī)缀蹩梢愿惺艿饺魏我粋€地方，”Copeland 說道，“ 在絕大多數(shù)情況下，我不僅能夠判斷出位置，還能感受到用力的方向和大小 ?！?/span>

“Nathan 十分高興。因為他已經(jīng)有十年時間沒有通過觸覺在手臂上感受力量了?！?生物醫(yī)療工程師 Robert Gaunt 說道。

實驗在本周四暫停了一陣，因為奧巴馬在出席白宮前沿問題討論會期間參觀了團隊的實驗成果。團隊向奧巴馬介紹，這是一款“ 能夠把腦海中的動作直接轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實的設(shè)備。”

“ 這項技術(shù)是在是太棒了，” 奧巴馬稱贊道，并且通過機械手臂和 Copeland 握了手，“ 我為你們所有人感到驕傲。”

Copeland 是世界上首個能夠成功通過機械手臂重獲觸覺的癱瘓病人，這也是目前假肢設(shè)計技術(shù)的“ 終極目標”。在此之前，通過神經(jīng)元電流觸發(fā)能夠讓癱瘓病人直接通過大腦控制自己的肢體，但是卻無法實現(xiàn)反向的觸覺反饋。因為得不到相應(yīng)的反饋，病人在控制這些機械手臂時則顯得非?！?笨拙”。

因此，匹茲堡大學本次研究的技術(shù)將會使得機械手臂的設(shè)計更進一步。Copeland 現(xiàn)在不僅可以控制自己的手臂，做出握手、擊拳和移動物體的動作，而且還可以在做出動作的同時得到相應(yīng)的觸覺反饋。團隊下一步就是希望把這兩者結(jié)合起來，這樣 Copeland 就可以自主抓取任何物體，而且還能通過觸覺相應(yīng)調(diào)整自己的動作，避免出現(xiàn)用力過大或者物體滑落等現(xiàn)象。

除了像 Copeland 這樣不幸失去四肢的患者，對于因為脊椎受損而癱瘓的病人來說，這項技術(shù)同樣有很大的應(yīng)用潛力。Jan Scheurmann 是團隊的另一名實驗者。這位36歲的母親因為脊髓小腦變形而喪失了利用大腦控制肌肉運動的能力。利用這項技術(shù)，Scheurmann 在 2012 年成功再次用自己的手吃上了一塊巧克力。

這項“ 繞過” 脊椎，讓能夠直接控制肌肉的技術(shù)目前已經(jīng)取得了非常大的進展，不過團隊也解釋道，目前還有許多仍待完善的地方，比如還有一些動作不能執(zhí)行，機械手臂目前也缺乏能夠感知冷熱溫度的能力。觸覺作為人類感知和認識世界最重要的感官之一，相關(guān)前沿技術(shù)的發(fā)展正在讓意外失去這一感官的人們有機會重獲這一“ 本能”。

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