本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在过去的几年里,先进的假肢已经开始利用大脑信号为截肢者提供令人印象深刻的新控制水平。患者思考,肢体就移动。但是,让机械臂或手感知它所触摸的东西,并将这种感觉传回大脑,一直是一项更艰巨的任务。
美国国防部研究部门上周声称在该领域取得突破,发布新闻稿宣扬一位 28 岁的瘫痪人士能够通过假肢手“感觉”到身体感觉。据美国国防高级研究计划局 (DARPA) 称,研究人员已将人造肢体直接连接到他的大脑,使他甚至能够识别出哪个机械手指被轻轻触摸。 2013 年,凯斯西储大学的其他科学家也为截肢者赋予了触觉,使患者的手指尖具有足够精确的压力感,从而能够扭断樱桃梗。
政府目前没有提供关于其成就的太多细节,只是说研究人员从连接到志愿者感觉和运动皮层(分别识别触觉和控制身体运动)的阵列中拉出电线,连接到约翰·霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 开发的机械手上。 APL 手的扭矩传感器可以将施加到其任何手指上的压力转换为路由回志愿者大脑的电信号。
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这一壮举的程度将取决于 DARPA 尚未披露的细节。神经和调节假肢电子设备所需的电线使用非常不同类型的信号。后者取决于电子设备在导电材料、半导体和其他组件中的流动。与此同时,神经系统基于神经细胞之间间隙中信号化学物质的释放。人体也不会喜欢在假肢手和大脑之间实现双向通信所需的电线和其他设备。事实上,人体摆脱这些植入物的努力可能会在任何界面周围形成疤痕组织并扰乱其功能。宾夕法尼亚大学的一组神经外科医生在 2013 年 1 月的《大众科学》文章“仿生连接”中阐述了这些挑战。
根据宾夕法尼亚大学的神经外科医生/研究人员 D. Kacy Cullen 和 Douglas Smith 的说法,需要的是一个适配器插头——一座“活体桥梁”——它可以转换神经和人造肢体之间的信号。下图说明了这种适配器的工作原理。

Cullen 和 Smith 的研究与 DARPA 的研究之间的主要区别在于,宾夕法尼亚大学的科学家正在尝试将截肢者肢体上留下的神经末梢与连接到该残端的假肢连接起来。许多不同的研究人员正在研究这种方法——许多不同的研究人员正在研究这种方法,它将使大脑能够将传入的信号解释为来自前臂、手和手指。如上所述,DARPA 资助的研究直接与大脑相连,这是一种更加精细和危险的方法。
即使这种连接到外周神经的适配器能够按设计运行,Cullen 和 Smith 也意识到仍然存在的障碍。首先,无法确定这种适配器在需要更换之前能工作多久,免疫系统可能如何响应植入物,或者大脑解释来自假肢信号的能力。