约翰·霍普金斯大学创造了感觉疼痛的人造皮肤



美国约翰·霍普金斯大学专家已经开发出一种专门用于仿生假体的涂层。 这种涂层称为“电皮”(电子真皮)。 它像真实的皮肤一样,对外界因素有积极的反应。 当对涂层施加物理压力时,“皮肤”会先向尺神经和正中神经发送疼痛信号,然后再向体感皮层发送疼痛信号。

如您已经了解的那样,假体本身与肢体的其余部分相连,特别是与神经系统相连。 正是由于这一点,假体能够形成人对之做出反应的疼痛感。 显然,所有这些考虑并不是为了使人感到疼痛,而是为了使假肢佩戴者能够应对可能对假肢造成危险的情况。 研究结果发表在《科学机器人》杂志上。

在正常情况下,所谓的伤害感受器负责信号的形成和传输,最终使人感到疼痛。 它们有时被称为疼痛感受器。 它们位于皮肤的外层。 当出现外部因素(化学的,热的或机械的)时,配方激活,生成信号,该信号先传输到脊髓,再传输到大脑。 信号传播时间很长,它会立即通过三种类型的神经纤维:Aβ-,Aδ-和C。第一种类型的受体负责确保人尽快对危险做出反应。 疼痛信号几乎立即出现,这会触发反射反应,例如,一个人将手从热锅上移开。

有趣的是,接收器能够将信号“危险”与通常的警告区分开。 如果不是这种情况,则人体将以完全相同的方式对木尺的刀口或施加的压力做出反应。 但是,在第一种情况下,我们会做出剧烈反应,在第二种情况下,我们通常不会注意外部刺激。

通常,疼痛对人类和动物都有好处,因为它可以清楚地表明出了问题,可以避免危险,或者至少可以尝试这样做。 意识到这一点,仿生假肢的科学家和开发人员一直在寻找一种方法,以学习如何在人造肢体的不同部位形成触摸和疼痛感。 尤其是在假体承受过大负载的情况下,这避免了假体的破坏。

似乎正是约翰·霍普金斯大学医学院的专家在这一方面取得了最大的进步 。 团队负责人是卢克·奥斯本(Luke Osborne)。 一名双手被截肢的29岁男子是“疼痛测试”的志愿者。 科学家将神经末梢的残余物用于尺神经和正中神经的皮肤肌电刺激。 这次体验是成功的,因为专家们设法在志愿者体内形成了一定的疼痛感。

他本人将其描述为手指过去曾经刺痛的地方(我记得两只手都被截肢了)。 事实证明,感觉的强度取决于脉冲的特征,例如长度和频率。 最有效和最痛苦的信号是频率为10至20赫兹。 为了验证研究结果,科学家不仅要以一个人的话为指导,而且还要借助脑电图仪检查他的身体反应。



至于涂层,它不是均匀的,而是由几层织物,橡胶,一个导电层和一个响应压力变化的层组成。 该涂层并未应用于整个假体,仅应用于“手指”,食指和拇指。 事实证明,在一定强度的压力下,信号达到人体已经可以感知的阈值(约250千帕斯卡)。

锐利物体施加每单位面积的最大压力。 在强烈压迫此类物体时,志愿者感到疼痛,并且自动打开了“刷”即假体。 如果“刷子”挤压了带有圆形边缘的物体,则志愿者不会感到疼痛。



到目前为止,人造革仅对机械因素做出反应,但是专家们希望在不久的将来创建能够感觉到化学和热效应的更先进的系统。 据人们判断,未来将近。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN414945/


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