通过大脑刺激产生触觉，可以改善对机械臂的控制

大多数身体健全的人认为自己能够完成简单的日常任务是理所当然的——当他们拿起一杯温热的咖啡时，他们能感觉到咖啡的重量和温度，并据此调整自己的握法，这样咖啡液就不会洒出来。对手臂和手有完整感觉和运动控制的人，在触摸或抓住一个物体的瞬间，就能感觉到自己与它接触了，这让他们能够自信地开始移动或举起它。

但当一个人操作义肢时，这些任务就变得更加困难，更不用说用意念控制的义肢了。

在今天发表的一篇论文中科学，来自匹兹堡大学康复神经工程实验室的一个生物工程师团队描述了如何添加脑刺激这唤起触觉操作员可以更轻松地操纵脑控制机械手臂。在实验中，补充具有人工触觉感知的视觉，从20.9到10.2秒的中间时间切割了抓取和转移物体的时间。

“从某种意义上说，这是我们希望发生的，但可能不会达到我们观察到的程度，”皮特物理医学和康复系副教授、资深合著者詹妮弗·科林格博士说。“来自四肢和手部的感官反馈对我们日常生活中的正常行为非常重要，如果没有这种反馈，人们的表现就会受损。”

研究参与者内森·科普兰(Nathan Copeland)在论文中描述了他的进展，他是世界上第一个不仅在大脑中植入微型电极阵列的人电机皮质但在他的躯体感觉皮层也一样，这是大脑处理感觉信息来自身体。阵列允许他不仅用他的思想控制机器人手臂，而且还可以接受触觉感觉反馈，这类似于一个人的脊髓完好时神经回路的运作方式。

“我已经非常熟悉刺激产生的感觉和在没有刺激的情况下完成任务。尽管这种感觉不是‘自然的’——感觉像是压力和轻微的刺痛——但这从未困扰过我，”科普兰说。“没有什么时候我觉得刺激是我必须去适应的。在接受刺激的同时完成任务就像PB&J一样。”

在一场车祸导致他的手臂使用受限后，Copeland参加了一项临床试验，测试感觉运动微电极脑-机接口(BCI)，并植入了由贝莱德微系统公司(Blackrock Microsystems)开发的四个微电极阵列(通常也被称为犹他阵列)。

这篇论文比之前的一项研究向前迈进了一步，该研究首次描述了使用微小的电脉冲刺激大脑的感觉区域，可以唤起一个人的手的不同区域的感觉，即使他们失去了四肢的感觉脊髓受伤。在这项新研究中，研究人员将从大脑读取信息来控制机械臂的运动与将信息写回去提供感官反馈结合起来。

在一系列测试中，BCI操作员被要求从桌子上拿起并转移各种物体到一个凸起的平台上，通过电刺激提供触觉反馈，让参与者完成任务的速度是没有测试的两倍刺激。

在这篇新论文中，研究人员想要在尽可能接近真实世界的条件下测试感官反馈的效果。

皮特物理医学和康复学系副教授、共同高级作者罗伯特·冈特博士说:“我们不想通过移除感知的视觉成分来限制任务。”“即使是恢复有限和不完美的感觉，人们的表现也会显著提高。”要让这种感觉更加真实，并将这项技术带到人们的家中，我们还有很长的路要走，但我们离再现大脑的正常输入越近，情况就会越好。”

---

---