创建了一个人类大脑植入物，以接收来自机械臂的触觉

触摸是我们在使用手时收到的反馈。借助触摸，您无需看就能操纵对象：抓住它们，熨烫，敲打等。对于谨慎处理易碎物品（例如鸡蛋），需要反馈。触摸可提供即时反射反应的关键信息-使一个人保持其机械结构和器官完好无损。

最后，由于触摸，大脑会收到有关对象某些属性的信息-否则无法识别这些属性。例如，柔软度/硬度，弹性，粘性等。大脑使用这些数据计算对象的其他属性，这使我们能够可靠地预测未来，即预测与对象交互的结果。

触摸的重要性不可否认。在这方面，令人沮丧的是，生物假体的设计者仍未找到可靠的方式将信息从机械手的传感器传输到人脑。

到目前为止，还没有一种商业上可买到的手臂和腿部假肢配备触摸传感器，因为仍然无法通过自然的方式（即通过神经末梢）将信息实时传输给人。

还记得卢克·天行者（Luke Skywalker）在新设置的仿生手臂上刺针时感到疼痛吗？当然，我想使这种技术不仅适用于西斯，也适用于普通百姓。

工程师们长期以来一直试图解决该问题。显然，需要与人的中枢神经系统相互作用，其方案尚未完全被理解。我们必须寻找将活的神经结构和机械结构结合起来的解决方法。现在这是神经工程学的应用科学。匹兹堡大学（美国）的一组神经工程人员发现了一种从机械臂传递触觉冲动的可能解决方案。

工程师试图用人工冲动代替自然的触觉，希望大脑本身能够适应新的信号。电极安装在大脑皮层中，根据机械臂上传感器的读数来刺激各个区域。一个人感觉自己好像在触摸某物。

在几篇科学论文中都描述了这种现象。看来它最早是在1997年被发现并在“ 自然 ”杂志上的科学论文中有所描述。然后，科学家注意到，大脑皮层某些部位的刺激使动物产生了反应，好像它们的四肢在移动。但是动物在大脑刺激过程中到底能感觉到什么仍然未知。在随后的几年中，对人类进行了这样的实验。：受试者确认他们感觉到四肢有某种感觉。

匹兹堡大学对一名28岁的长期脊髓损伤患者Nathan Copeland进行了为期六个月的长期实验。这个家伙在2004年出了事故，摔断了脖子。

将两个带有60个2.4×4 mm大小的电极格子的神经植入物引入内森的大脑。来自大脑的电线从头部向外延伸，并连接到外部金属模块，该模块用作连接。



最困难的事情是在大脑皮层上找到适合植入植入物的位置。长期以来，科学家研究了大脑的功能图，试图准确确定发生触觉信号的皮层区域。对于这个已经十年没有触摸任何东西的患者，他被迫积极考虑用不同的手指触摸和感觉的方式。同时，获取磁共振成像的读数。



最后，科学家们能够绘制出皮层体感区域各部分的近似图，这些区域与来自三个手指（拇指，食指，小指）和手掌的信息处理相关。



将植入物整齐地插入相应神经元旁边，然后将患者连接至微刺激系统，向电极施加微弱的脉冲并监测反应。他说，他感觉到振动，触摸，压力和刺痛的各种组合，就好像在关节和手的皮肤下一样。有趣的是，感觉图已经六个月没有改变了。

对于主要的科学实验，将植入物通信模块连接到机械假体-并记录患者在机械臂的各种动作中所经历的感觉。事实证明，正确地按手指在84％的情况下以及在训练过程中-100％的情况下都能识别。


病人蒙住眼睛时，科学家按下手指

他们以前尝试为人造肢体创建触觉界面。例如，在DARPA HAPTIX程序的框架中，正在开发一种神经接口，以将来自假体的触觉信号传输到神经系统。在下面的X射线上，将电极外科植入到前臂中，并通过电线将其连接到外部计算机。理想地，来自假体的感觉信号通过触觉接口进入周围神经系统，再从那里进入脊髓。


通过外科手术将电极植入前臂并连接到外部计算机

HAPTIX项目的科学家在创建触觉界面方面取得了良好的成绩。但是他不能帮助遭受脊髓损伤的人。但是匹兹堡大学神经工程师的发展可以提供帮助。

这种新方法的价值在于，即使通过无线方式，信息也会绕过脊髓直接从手直接传递到大脑。这给许多脊髓损伤患者带来了希望。仅在美国，估计就有243,000至347,000人国家脊髓损伤中心。如果近似，那么全世界应该有几百万。根据对神经通路的损害程度，其作用强度有所不同：从手指的部分感觉丧失到控制整个肢体的能力完全丧失。

对于脊髓损伤的人，最适合将信号接收器植入大脑。遗憾的是每个人的脑图都有其自身的特征，因此在植入之前，您将必须对皮质的体感区域进行单独的映射，即多次MRI会话。

脑触觉植入物仍需要进一步开发。他甚至无法与一只活着的手相提并论，并且患者会感到有些刺痛，而不是某些触觉。科学家无法假装从手的某些部位触摸，例如从手指的尖端触摸。可能需要在体感皮层中更精确地定位电极。也许应该增加电极的数量。

描述创新植入物的科学文章将于2016年10月19日发表在《科学转化医学》杂志上（doi：10.1126 / scitranslmed.aaf8083）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398269/