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美研究人员开发可用大脑直接控制的假肢

发布时间:2018-07-18 

       美国有四所大学赢得了总额120万美元、为期4年的美国国家科学基金会(NSF)赞助经费,将共同开发新一代的假肢,不但可传递感官讯息给病患,也能通过病患的思绪来进行控制;这四所大学包括莱斯大学(Rice University)、密西根大学(University of Michigan)、德雷赛尔大学(Drexel University)以及马里兰大学(University of Maryland)。
       莱斯大学的研究人员将打造一款假肢手臂,能通过一顶内嵌电极的帽子读取使用者的脑电波(EEG)活动来进行控制;使用者的脑电波信息会与通过功能性近红外线 (near-infrared technology)技术、从使用者大脑前额叶(frontal lobe)测得的血氧浓度等即时信息整合,后者是由德雷赛尔大学的脑成像实验室开发。
       新型假肢将配备传感器,收集来自人造手指尖的触觉信息,以及手掌做抓握动作的力道信息。这些数据会通过触控板(touch pads)来震动、拉伸或是挤压假肢与使用者身体连结部位的皮肤,回馈给使用者。这种方法与目前使用胸部或手臂肌肉的收缩来控制假肢的方式相较,似乎是更理想的替代方案。“以长期角度来看,我们希望假肢能拥有与自然肢体相同的功能。”莱斯大学共同首席研究员Marcia O'Malley表示。
       先前该研究团队曾开发过一款义掌(gripper),能让截肢患者依据感测回馈信息,准确地感知并操控物体;马里兰大学的研究人员也研发过一种利用脑电波讯号的技术,可让测试者轻易地以思绪来移动电脑萤幕上的滑鼠游标。
       O'Malley表示:“剩下的就是把所有的东西──无创神经解码(noninvasive neural decoding)、直接脑部控制以及触觉回馈──全部整合在一套装置中。”德雷赛尔大学研究员Patricia Shewokis则指出:“在理想状况下,(我们开发的)触觉或触感回馈技术,可让病患更容易地利用他们的假肢手臂准确地做他们希望用手臂做的事情。”
       而O'Malley也补充指出,新研发的技术对现有的、无法让使用者感觉到他们所触摸对象的假肢装置来说,是一大跃进;市面上有部分假肢是使用力道回馈系统(force- feedback systems),会以类似手机震动模式的震动,对假肢手掌所抓取的物体提供有限的信息。
     “一般来说,那种震动回馈提示并不是很有帮助;”O'Malley表示:“在很多情况下,人们都仅是仰赖视觉回馈,也就是观察他们的假肢抓握住的物体,来推断该物体是软的还是硬的,或者是抓握的力道;因此这方面的技术还有很多改善空间。”
       在一年前,美国国防部高等研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)提供约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins)一笔3,450万美元的基金,以打造一款通过植入大脑的神经传感器来控制假肢的技术;该为期4年的研究专案将使用约翰霍普金斯大学所开发的、配备22度(22-degrees)运动功能的假肢。
       DARPA想打造更好用假肢的主因,是因为在美国参与波湾战争之后,有不少士兵在战火中受到损伤;该机构的“人类辅助神经装置研究计划(Human-Assisted Neural Devices program)”旨在让截肢病患能以思绪控制机械手臂。该计划有关假肢手臂的后续研究,也包括了与约翰霍普金斯大学的一些最新合作。

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