摘要
研究人员通过脑刺激技术，在恢复假肢触觉方面取得了重大进展。通过在脑部触觉中心植入电极，他们能够唤起稳定且精确的触觉，甚至让使用者感知物体的形状和运动。这一突破使假肢使用者能够自信地完成需要精细运动控制的任务。长期测试表明，触觉位置的一致性对实际应用至关重要。先进的刺激模式进一步增强了触觉体验，模拟了自然触感。这些创新标志着神经假肢技术的重大进步，有望改善截肢者或感觉障碍者的生活质量。
关键发现
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稳定的触觉：脑刺激在多年内可靠地唤起相同的触觉，增强了可用性。
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动态触觉：刺激模式使使用者能够感知运动和形状，例如滑动物体或字母。
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广泛应用：该方法可扩展到恢复其他类型的感觉丧失，包括乳房切除术后的触觉恢复。
来源：芝加哥大学
研究背景
我们通常可以在不注视双手的情况下完成许多任务。然而，如果戴上削弱触觉的手套，许多简单任务会变得令人沮丧。如果失去本体感觉（感知身体相对位置和运动的能力），甚至可能导致物体损坏或自身受伤。
芝加哥大学的神经科学家Charles Greenspon博士指出：“大多数人没有意识到他们多么依赖触觉而非视觉——打字、行走、拿起一个脆弱的水杯。如果你无法感知触觉，你必须在做任何事情时不断注视双手，但仍然可能面临溢出、压碎或掉落物体的风险。”
技术突破
Greenspon及其研究团队在《自然·生物医学工程》和《科学》杂志上发表论文，记录了一项旨在解决这一问题的技术的重大进展：通过直接、精确的脑电刺激，重新创造触觉反馈，为假肢手提供细腻的“感觉”。
这些研究基于芝加哥大学、匹兹堡大学、西北大学、凯斯西储大学和Blackrock Neurotech多年来的合作。他们共同设计、构建、实施和改进脑机接口（BCI）和机器人假肢手臂，旨在恢复失去重要肢体功能者的运动控制和感觉。
研究方法
研究人员通过在负责手部运动和感觉的脑区植入微小电极阵列，实现假肢感觉。参与者只需思考运动即可控制机器人手臂，而机器人肢体上的传感器则可以在触觉中心触发称为“皮层内微刺激（ICMS）”的电脉冲。
Greenspon解释说，过去十年中，这种触觉中心的刺激只能提供手部不同位置的简单接触感。“我们可以唤起你触摸某物的感觉，但这主要只是一个开/关信号，通常很微弱且难以确定接触位置。”
研究进展
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稳定且精确的触觉
在《自然·生物医学工程》发表的研究中，研究人员确保电刺激触觉稳定、准确定位且强度足以用于日常任务。通过向参与者触觉中心的单个电极传递短脉冲，并让他们报告感觉的位置和强度，研究人员创建了详细的大脑区域“地图”，这些区域对应手部的特定部位。
研究发现，当两个紧密排列的电极同时被刺激时，参与者会感受到更强、更清晰的触觉，从而提高了他们定位和评估手部压力位置的能力。
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动态触觉与形状感知
在《科学》杂志发表的另一项研究中，研究人员进一步使人工触觉更加沉浸和直观。通过激活重叠的电极对或集群，他们生成了在手部感觉图上逐渐推进的触觉。参与者描述了一种轻柔的滑动触感，尽管刺激是以离散的小步骤传递的。
这种方法还显著提高了参与者区分复杂触觉形状和响应物体变化的能力。他们有时能够识别在指尖上“描绘”的字母，并能够在方向盘开始滑动时使用仿生手臂稳定它。
未来展望
研究人员希望随着电极设计和手术方法的改进，手部的触觉覆盖将更加精细，从而实现更逼真的反馈。匹兹堡大学物理医学与康复副教授Robert Gaunt博士表示：“我们希望将这两项研究的结果整合到我们的机器人系统中，我们已经证明，即使是简单的刺激策略也能提高人们用大脑控制机器人手臂的能力。”
Greenspon强调，这项工作的动机是增强截肢者或瘫痪者的独立性和生活质量。“我们关心那些受伤并失去肢体功能的人——这项研究是为他们而做的。这是我们如何为人们恢复触觉的方式。这是恢复性神经技术的前沿，我们正在努力将这种方法扩展到大脑的其他区域。”
广泛的应用前景
该方法还适用于其他类型的感觉丧失。研究团队还与芝加哥大学的外科医生和产科医生合作，开展了“仿生乳房项目”，旨在开发一种可植入设备，以恢复乳房切除术后的触觉。
尽管仍面临许多挑战，但这些最新研究表明，恢复触觉的路径正变得越来越清晰。随着每一项新发现，研究人员正朝着一个未来迈进：假肢不仅是功能性工具，更是一种体验世界的方式。
参考文献
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Valle, G. et al. “Tactile edges and motion via patterned microstimulation of the human somatosensory cortex.” Science.
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Valle, G. et al. “Evoking stable and precise tactile sensations via multi-electrode intracortical microstimulation of the somatosensory cortex.” Nature Biomedical Engineering.