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(huì)選擇為自己安上義肢，然而對(duì)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(duì)于他們來說微乎其微—— 他們無法自主控制肢體的運(yùn)動(dòng)，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(guó)匹茲堡大學(xué)與匹茲堡大學(xué)醫(yī)療中心合作，研發(fā)了一款能夠 直接通過大腦活動(dòng)控制的機(jī)械手臂。這款機(jī)械手臂不僅可以做出相應(yīng)的動(dòng)作，而且設(shè)備上裝載的傳感器還使得機(jī)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(gè)機(jī)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(jī)械手臂上發(fā)出的觸覺信號(hào)。這些電極的體積非常小，直徑甚至比不上一粒細(xì)沙。在實(shí)驗(yàn)室中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員在機(jī)械手臂上按壓時(shí)，Copeland幾乎能夠馬上感覺到右手臂上施加的壓力，而整個(gè)過程都是直接越過脊椎的參與實(shí)現(xiàn)的。

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在十幾年前，當(dāng)Copeland還是青少年的時(shí)候，他在一個(gè)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(dòng)能力外，其他地方已經(jīng)不能動(dòng)彈。Copeland 決定參與這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是五年前的事情。當(dāng)時(shí)，一個(gè)由外科手術(shù)醫(yī)生、生物治療工程師和復(fù)健醫(yī)療師組成的隊(duì)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(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，讓身體重新接收到觸覺反饋才是團(tuán)隊(duì)面臨的最大難題。

在過去的幾個(gè)月，30歲的Copeland 一直與實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作，不斷對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行試驗(yàn)。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(gè)微型電極。在此之前，Copeland 的已經(jīng)在腦部植入了用于控制機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)的芯片。在電極植入完成后，實(shí)驗(yàn)人員蒙上了 Copeland 的眼睛，看 Copeland 能否通過機(jī)械手臂接收到相應(yīng)的觸覺反饋。結(jié)果是，Copeland 能夠準(zhǔn)確判斷出實(shí)驗(yàn)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€(gè)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?yàn)樗呀?jīng)有十年時(shí)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(shí)驗(yàn)在本周四暫停了一陣，因?yàn)閵W巴馬在出席白宮前沿問題討論會(huì)期間參觀了團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)成果。團(tuán)隊(duì)向奧巴馬介紹，這是一款“ 能夠把腦海中的動(dòng)作直接轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)的設(shè)備?！?/span>

“ 這項(xiàng)技術(shù)是在是太棒了，” 奧巴馬稱贊道，并且通過機(jī)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(gè)能夠成功通過機(jī)械手臂重獲觸覺的癱瘓病人，這也是目前假肢設(shè)計(jì)技術(shù)的“ 終極目標(biāo)”。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(shí)現(xiàn)反向的觸覺反饋。因?yàn)榈貌坏较鄳?yīng)的反饋，病人在控制這些機(jī)械手臂時(shí)則顯得非常“ 笨拙”。

因此，匹茲堡大學(xué)本次研究的技術(shù)將會(huì)使得機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)更進(jìn)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(dòng)物體的動(dòng)作，而且還可以在做出動(dòng)作的同時(shí)得到相應(yīng)的觸覺反饋。團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(duì)于因?yàn)榧棺凳軗p而癱瘓的病人來說，這項(xiàng)技術(shù)同樣有很大的應(yīng)用潛力。Jan Scheurmann 是團(tuán)隊(duì)的另一名實(shí)驗(yàn)者。這位36歲的母親因?yàn)榧顾栊∧X變形而喪失了利用大腦控制肌肉運(yùn)動(dòng)的能力。利用這項(xiàng)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(xiàng)“ 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(jìn)展，不過團(tuán)隊(duì)也解釋道，目前還有許多仍待完善的地方，比如還有一些動(dòng)作不能執(zhí)行，機(jī)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(rèn)識(shí)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(jī)會(huì)重獲這一“ 本能”。

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