根據這份報告,現在有三個病人使用這種假肢。由於義肢功能的改善,1號患者已經恢復了全職工作,還可以滑雪、冰面下釣魚、騎雪地車。病人2已經可以參加汽車拉力賽,用假肢修理汽車。患者3可以使用假肢進行野外定向、劃獨木舟和滑雪。
所有患者都表示,接受治療後,他們更加信任假肢,他們已經認為假肢是自己的壹部分。他們還表示,假肢對他們的自尊、自我形象和社會關系有積極的影響。
假肢缺乏“感覺”是主要問題。要了解這個“人機壹體化”的開創性發明是如何實現的,首先要回顧壹下初中的生物課。比如,妳要撿起掉在地上的錢包,大腦給出的指令會通過神經傳達。當妳觸摸錢包時,指尖會給出反饋,告訴大腦“觸摸它”,然後大腦會給出“抓住它”的指令。
這個過程在正常人身上瞬間發生,易如反掌。但假肢技術壹直未能突破,主要原因是缺乏對假肢的直觀控制和感覺反饋系統。
瑞典多所大學和麻省理工學院媒體實驗室的研究人員與Integrum AB公司合作了數年。他們發明了壹種模擬假肢,由大腦直覺控制,具有觸覺體驗。這個假肢同時與使用者的神經、肌肉和骨骼相連。四名截肢患者安裝了這種假肢,並已使用了三至七年。
研究團隊突破五大科技難題。研究團隊始終有五樣東西需要突破:神經移植、骨整合、人機連接、假肢控制系統和感覺反饋。
神經移植
提高假肢功能的最大挑戰是在截肢過程中,手臂神經失去了對其控制的肌肉的控制,從而切斷了大腦中樞與肌肉之間的橋梁。2006年,西北大學的Todd Kuiken博士和Gregory Dumanian博士開發了壹種靶向肌肉神經再支配(TMR)。即使患者的手臂在十幾年前被截肢,也可以通過手術將殘留的手臂神經轉移到其他肌肉部位,重新建立神經支配。
骨整合
我們對假肢的印象往往是“可拆卸”,但這種假肢,包括骨骼,是需要整合的。在這方面,使用了牙科技術,種植牙很早就開始了。團隊參考了相關手術,假體由臂、肘、手組成,與關節相連。
人機連接
該團隊用於人機界面的植入系統被稱為e-OPRA,植入系統通過骨整合技術與殘肢相連。假體直接連接到骨頭上,因此提供了機械穩定性。神經和肌肉也通過神經肌肉電極連接到假體的控制系統,信號在假體和大腦之間雙向發送。
假肢控制系統
假肢控制器被設計成壹個獨立的可穿戴組件,可以解碼運動意願,並提供直接的感官反饋。假肢不需要外部電池、電線或設備來維持其功能,而是由心外膜電極控制。
假肢控制與通信單元是假肢控制器的核心模塊,它可以利用數字和模擬信號來控制假肢裝置。神經遞質可以根據假手傳遞的感覺信號向輸入神經系統提供直接的信號反饋。
感覺反饋
對於壹個截肢者來說,讓假肢有物理上的感覺是非常困難的。在這項研究中,引起觸覺的電被耦合到假手拇指上的壓力傳感器上,這樣病人就可以從假手上感受到真實的觸覺,病人可以感受到何時觸摸物體,物體的特征以及按壓物體的力度。理想情況下,假手中傳感器的數量應該與接口的分辨率相匹配,以便患者可以感覺到假手中傳感器可以檢測到的所有部分。
?三位用戶證明,人機壹體化有望實現。在日常生活中,患者可以在沒有指導的情況下有效地使用假肢。使用3~7年後,3例患者神經肌肉接口保持正常功能(另1例患者未參與隨訪,但有2年半日常生活中使用神經肌肉假肢的記錄)。在隨訪期間,患者沒有出現嚴重的不良事件、感染、出血或因植入不良事件而停止使用假肢。
目前的研究針對肘部以上截肢患者,研究團隊也在開發肘部以下截肢者的人機對接和腿部假肢。未來,似乎“人機合壹”的畫面將不再只是科幻電影中的情節。