截肢者可以通过与上臂神经相连的人造指尖实时感受到平滑和粗糙。此外,非截肢者的神经也可以受到刺激而产生粗糙感,无需手术,这意味着截肢者的假肢触觉现在可以在完整的个体上进行开发和安全测试。
传递这种复杂触觉信息的技术是由Silvestro Micera和他在EPFL(洛桑联邦理工学院)和SSSA(圣安娜高等学院)的团队以及Calogero Oddo和他在SSSA的团队共同开发的。研究结果发表在《eLife》杂志上,为发展仿生假体提供了新的、更快的途径,增强了感官反馈。
“刺激的感觉就像我觉得我的手,“截肢说丹尼斯Aabo Sørensen人工指尖连接到他的树桩。他继续说道:“我仍然感觉到我失去的那只手,它总是紧握在一个拳头里。我感觉到了幻手食指指尖的质感。”
Sørensen是世界上第一个使用仿生识别纹理指尖连接到电极,外科手术植入高于他的树桩。
神经Sørensen的手臂被连接到一个人造的指尖配备传感器。一台机器控制着指尖在刻有不同图案的塑料上的移动,这些图案有光滑的,也有粗糙的。当指尖在有纹理的塑料上移动时,传感器就会产生电信号。这个信号被翻译成一系列的电脉冲,模仿神经系统的语言,然后传递给神经。
Sørensen可以区分粗糙和光滑的表面96%的时间。
在之前的一项研究中,索伦森的植入物被连接到一个增强了感知能力的假手上,使他能够识别形状和柔软度。在eLife杂志上关于纹理的新出版物中,仿生指尖获得了更高水平的触觉分辨率。
模拟非截肢者的触摸
同样的实验也在非截肢者身上进行,不需要手术。触觉信息是通过细针传递的,这些细针暂时通过皮肤附着在手臂正中神经上。非截肢者能够辨别粗糙纹理的几率为77%。
但是来自仿生指尖的触觉信息真的和来自真实手指的触觉相似吗?科学家们通过比较非截肢者的脑电波活动来测试这一点,一次是用人造指尖,另一次是用他们自己的手指。受试者头上的脑电图帽收集到的脑部扫描显示,大脑中被激活的区域是类似的。
这项研究表明,这些针以与植入电极相同的方式传递有关纹理的信息,这为科学家们提供了一种新的方法来提高假肢的触觉分辨率。
“这项研究融合了基础科学和应用工程:它提供了额外的证据,证明神经修复术的研究可以促进神经科学的争论,特别是关于人类触觉的神经机制,”SSSA生物机器人研究所的卡洛格罗·奥多(Calogero Oddo)说。“它还将被应用到其他领域,比如手术、救援和制造机器人中的人工触摸。”