科学家通过直接到大脑的电信号重现触觉

这些发现可能有助于研究人员制造出具有逼真人触感的假肢手臂。

最近,我们看到了一些非常酷的假肢手臂,包括那些人们能够——就像控制生物手臂一样——用意念来控制的假肢。那么,假肢的下一个伟大前沿是什么呢?是让人能够通过它们来感受触觉。

人类的触觉不仅仅是让人享受干净的床单或柔软的小猫。它对于帮助人们判断要用多大的力气拿起东西,或者是否能牢牢抓住湿滑的物体至关重要。在今年早些时候的一篇报道中,《自然新闻》采访了一位假肢用户 Igor Spetic,他曾意外地打碎过餐具,弄伤过水果。他告诉《自然新闻》,如果他的假肢有触感,“我大概会把所有东西都放在台面上,然后开始乱抓东西。我会非常兴奋。”

现在,一个研究小组报告了一项在实现“触感”假肢方面取得的重大进展。来自芝加哥大学和约翰霍普金斯大学的一个研究团队进行了一系列实验,表明他们可以直接向恒河猴的大脑发送电信号,并且恒河猴能够将这些信号解读为触摸其手部不同部位的感觉。另一系列实验表明,恒河猴能够将不同的直接对脑信号解读为不同压力的触感。第三项实验探讨了直接对脑信号是否足够快速,以便准确地告知恒河猴假肢何时接触到物体以及何时停止接触。(信号的移动似乎太慢,无法完全准确,但研究人员想到了一些变通方法,他们在今天发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中讨论了这些方法。)

恒河猴能够快速地将电刺激大脑解读为物理触感的模拟。

该团队无疑将致力于将这些发现融入设备中。一方面,一些研究人员的实验实际上涉及到一个假肢手指,该手指将信号发送给研究猴子的大脑。另一方面,据《自然新闻》报道,约翰霍普金斯大学正在开发一款原型机,这是世界上最先进的触感假肢,拥有 100 多个传感器。

芝加哥-约翰霍普金斯团队展示了一个特别酷的东西。虽然无法确切知道猴子在受到电脉冲刺激大脑时会有什么感觉,但一系列实验表明,这些动物能够快速地将电刺激大脑解读为物理触感的模拟。

首先,研究人员训练恒河猴在感受到双手受到两次按压后做出向左或向右看的反应——例如,先按压食指,然后按压小指。在进行了几次试验以确保猴子尽可能好地学会了按压-观察游戏后,研究人员刺激了猴子大脑中他们已经学会与猴子手部不同部位相对应的区域。在研究人员测试过的两只恒河猴中,当研究人员第一次将电信号发送到它们的大脑时,它们分别有 81% 和 72% 的时间看向正确的方向。

研究人员在他们的论文中写道,这项研究可以帮助科学家开发能够发送直观信号供人们解读的触感假肢。

然而,这项技术要真正应用到人们的假肢上还需要数年时间。它具有侵入性,需要连接到大脑,因此研究人员需要做很多工作来证明它的安全性和耐用性。(没有人希望为了维修或软件更新而频繁接受大脑植入。)此外,目前还不清楚发送到大脑的电信号是否能够复制人类或猴子皮肤能够感知到的如此精细的触感。电信号的分辨率可能低于真实的触感。

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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