前沿科技之新型機(jī)械手：人腦意念操控有觸感

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發(fā)表于 2009-12-27 10:03:07 | 只看該作者 |只看大圖 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

據(jù)國外媒體報(bào)道，26歲意大利人派鮑洛·佩特魯茲羅(Pierpaolo Petruzziello)在一場車禍中不幸失去了左臂，不過他已成功接上一個(gè)機(jī)械手，現(xiàn)在他可以通過大腦意念控制這只假手，而且會有觸感。
　　仍然面臨巨大挑戰(zhàn)
　　在去年進(jìn)行的為期一個(gè)月的試驗(yàn)中，雖然佩特魯茲羅只是通過大腦控制一個(gè)沒安裝在他身上的機(jī)械手，但是他感覺就像他的手臂失而復(fù)得。他說：“聚精會神是問題的關(guān)鍵。當(dāng)你認(rèn)為它就是你的手，你的前臂時(shí)，控制它就變得容易多了。”
　　現(xiàn)在科學(xué)家面臨的最大挑戰(zhàn)，是尋找一個(gè)可以使患者的神經(jīng)系統(tǒng)與假肢連接在一起很多年的方法，而不是只持續(xù)僅僅一個(gè)月。這個(gè)意大利科研組最近在羅馬舉行的記者招待會上表示，2008年他們把電極移植到佩特魯茲羅剩下的一段左臂的神經(jīng)里。佩特魯茲羅的左臂是在3年前發(fā)生的一場車禍中被撞斷的。假肢并未移植到患者的身體上，只是通過電極與身體取得聯(lián)系。在記者招待會期間播放的一段視頻顯示，佩特魯茲羅正在專心致志地給放在他旁邊的機(jī)械手“下達(dá)指令”。
　　在為期一個(gè)月與電極相連的過程中，他學(xué)會了自行扭動(dòng)機(jī)械手的手指、握拳、抓東西和其他動(dòng)作。羅馬生物醫(yī)師大學(xué)是一家專門從事保健科學(xué)研究，這所大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家保羅·瑪利亞·羅西尼開玩笑說：“有些手勢現(xiàn)在還不能公開，因?yàn)樗鼈冞€相當(dāng)?shù)图墶！?br /> 　　試驗(yàn)結(jié)果驚人
　　瑪利亞·羅西尼負(fù)責(zé)這項(xiàng)科研工作。他表示，這個(gè)由歐盟資助的耗資200萬歐元的項(xiàng)目，用了5年時(shí)間才完成，在這期間，研究人員完成了幾篇論文，發(fā)表《美國國家科學(xué)院院刊》等頂級科學(xué)雜志上。佩特魯茲羅通過顯微外科手術(shù)恢復(fù)健康后，醫(yī)生在他的剩余左臂里植入電極，以便他能在試驗(yàn)過程中操作機(jī)械手。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，那個(gè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)遵循了佩特魯茲羅通過大腦發(fā)出的95%的命令。
　　佩特魯茲羅是一名在巴西定居的意大利人，他表示，機(jī)械手的反饋信息非常精確，這讓他感到非常吃驚。他開玩笑說：“感覺它就跟真手一樣。他們甚至用針刺激我，你們根本無法想象他們到底對我做了些什么。”該科研組的工程師思爾維斯特羅·米克拉(Silvestro Micera)表示，雖然“生命之手(LifeHand)”試驗(yàn)僅僅持續(xù)了一個(gè)月，但這是此類實(shí)驗(yàn)過程中，電極跟人的神經(jīng)系統(tǒng)相連時(shí)間最長的一次。
　　在2004年到2005年間進(jìn)行的持續(xù)時(shí)間更短的試驗(yàn)中，研究人員利用一個(gè)鉗子形的終端，把一個(gè)技術(shù)含量沒現(xiàn)在高的機(jī)械臂夾在截肢人員的斷肢上，他們只能利用這種假肢做一些基本動(dòng)作。并未參與這項(xiàng)最新研究的專家表示，該試驗(yàn)向制作出可以連接神經(jīng)系統(tǒng)和假肢的連接體邁進(jìn)了非常重要的一步。不過目前他們面臨的一大挑戰(zhàn)是，必須研發(fā)出可以連接數(shù)年，而不是只能持續(xù)一個(gè)月的系統(tǒng)。
　　進(jìn)一步延長植入時(shí)間
　　凱斯西儲大學(xué)教授和俄亥俄州克利夫蘭VA醫(yī)學(xué)中心生物醫(yī)學(xué)工程師達(dá)斯汀·泰勒表示：“這是在20世紀(jì)中期研究的基礎(chǔ)上，我們在這方面所取得的新的重大進(jìn)步。目前還有待解決的問題是，如何讓植入電極所維持的時(shí)間超過1個(gè)月甚至更長的時(shí)間。”
　　世界各地的專家已經(jīng)研發(fā)出其他通過大腦控制的假肢。美國采用的一種方法，要通過手術(shù)把肩部神經(jīng)接到胸部肌肉上，然后學(xué)習(xí)如何利用這些肌肉控制仿生臂。雖然這種方法對那些失去整條胳膊的人來說非常有必要，但是如果斷肢還剩下一部分，醫(yī)生就可采用危害性更小的方法，例如意大利開創(chuàng)的利用大腦發(fā)送和接收信號的同樣的系統(tǒng)連接假肢。瑪利亞·羅西尼說：“我們采用的這種方法非常符合自然規(guī)律。”病人“不用學(xué)習(xí)利用具有其他功能的肌肉控制假肢，他只要集中精力，向假肢發(fā)出他曾給自己的手發(fā)出的相同信息就可以了。”
　　專家表示，科學(xué)家至少還要2到3年時(shí)間，才能進(jìn)行下一步的試驗(yàn)。首先，他們必須解決只有發(fā)絲那么細(xì)的電極如何持續(xù)更長時(shí)間。開發(fā)該電極的德國研究所弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(Fraunhofer—Gesellschaft)的生物醫(yī)學(xué)專家克勞斯·霍夫曼表示，這項(xiàng)試驗(yàn)取得的結(jié)果非常令人鼓舞，從佩特魯茲羅斷肢里取出的電極沒有受損的跡象，它似乎還能持續(xù)更長時(shí)間。
　　除此以外，他們?yōu)榱撕喕僦捅恐貦C(jī)器(用來轉(zhuǎn)化機(jī)械臂和患者之間的神經(jīng)及數(shù)字信號)采用的技術(shù)，還有很多工作要做。瑪利亞·羅西尼表示，目前已經(jīng)制定出向前邁進(jìn)的重要步驟。在與佩特魯茲羅合作的同時(shí)，這些意大利科學(xué)家還與一項(xiàng)由歐盟資助的同時(shí)進(jìn)行的項(xiàng)目合作，該項(xiàng)目被稱作“智能手(SmartHand)”，目前已開發(fā)出可以直接安全到患者身上的機(jī)械臂。

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