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新技术让截肢者用意念控制机械手365体育投注网
文章来源:365体育投注网址 更新时间:2020-03-10 23:37

制造一只漂亮的机器人假肢是一回事,让它执行你的命令却是另一回事。尽管所有的手形假肢都能通过接收信号弯曲每个复杂的关节,但如何将信号从佩戴者的大脑发送出去仍然是一个问题。  据《科学》报道,现在,利用手臂神经发出的信号,研究人员让截肢者只需思考他们想要的手指运动,就能精确控制机器假肢。这一界面依靠一组微小的肌肉移植物质放大受试者的神经信号,它刚刚通过了人体的第一次测试将这些信号转换成运动,随着时间的推移,其准确性保持稳定。  “这确实是一项很有前途的工作,它为更精确的控制创造了新机会。”未参与该项研究的美国犹他大学神经工程师Gregory Clark说。  目前大多数机器人假肢通过记录皮肤表面的电信号来工作,这些电信号来自截肢后保留完好的肌肉。一些截肢者可以通过收缩前臂的肌肉引导其机器假肢,如果没有这些肌肉,那么人们要学习使用不那么直接的动作,比如弯曲上臂的肌肉。  不过,相关设置可能会很繁琐。当人的手臂出汗、肿胀或在假肢插座中滑动时,电信号就会改变。“因此,这些设备必须一遍又一遍地校准,许多人认为整天戴着沉重的机械臂是不值得的。”麻省理工学院生物医学工程师Shriya Srinivasan说。  还有另一种方法可以探测到人的预期动作通过将大脑指令传递到手臂神经。直接植入这些神经的电线可以捕捉电信号从而控制假肢,但这些信号往往很微弱。  因此,研究人员试图通过将神经信号连接到肌肉来增强它。有人曾将神经从手臂转移到胸部肌肉上。然而,只有移除胸腔中现存的一些神经,才能植入新神经。正如Clark所言,“停车位上只能停一辆车”,这意味着手术可能会损害一些截肢者用来移动上臂的肌肉。  近10年来,密歇根大学安娜堡分校整形外科医生Paul Cederna研究团队一直在开发一种替代方法,让神经拥有新的最小肌群。研究人员从手臂的每条主要神经中分离出一束纤维,并将其包裹在一块回形针大小的肌肉组织中,这些肌肉组织通常来自大腿。这个过程基本上会在人的前臂或二头肌内产生一组新的肌肉。  日前,在发表于《科学转化医学》的一项研究中,Cederna和密歇根大学神经工程师Cynthia Chestek描述了对这一控制步骤的首次测试。  研究人员报告说,在手臂不同部位截肢的3名参与者已经植入了肌肉,在他们移植部位附近的皮肤中植入电线,可以很容易地接收到电信号。即便是肩膀附近截肢,电脑也能识别出哪些微小的肌肉在收缩以及收缩的幅度,从而分辨出不同的预期运动,例如食指和拇指的弯曲。  两名参与者(均为手部截肢者)选择了长期的电极植入,以进一步测试他们的手部控制能力。利用“学习”将电信号转换成预期动作的计算机算法,参与者可以在计算机屏幕上提示一只虚拟手摆出五种姿势中的任何一种。在控制一种名为“卢克臂”的商业假肢时,两名参与者都可以将拇指移动到空间中的精确目标上,并在捡起一组小木块后将其堆叠起来。  假肢依赖于手部运动自然产生的神经信号,所以参与者在第一次尝试时,就可以让假肢按照他们希望的方式移动。在不重新校准系统的情况下,研究人员发现,参与者在300天后仍然保持着相同的控制程度。“它没有理由会消失。”Chestek说,“神经稳定而快乐。”