江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

科技养生■科学家研发一种超精密的精神控制假肢实现对人手的控制


科技养生■科学家研发一种超精密的精神控制假肢实现对人手的控制
本文插图
密歇根大学的研究人员在截肢者的心理控制假肢方面取得了重大进展 ， 他们利用手臂神经发出的微弱的潜在信号 ， 放大了手臂神经的信号 ， 从而能够实时、直观、手指水平地控制机器人手 。
为了达到这一目的 ， 研究人员开发了一种方法来驯服喜怒无常的神经末梢 ， 将厚厚的神经束分离成更小的纤维 ， 从而实现更精确的控制 ， 并放大通过这些神经发出的信号 。 这种方法涉及到微小的肌肉移植和从大脑-机器接口领域借用的机器学习算法 。
“这是多年来截肢者在运动控制方面取得的最大进步 ， ”保罗·塞德纳(Paul Cederna)说 。 他是U-M医学院的罗伯特·奥纳尔学院(Robert Oneal College)整形外科教授 ， 也是生物医学工程学教授 。
“我们开发了一种技术 ， 利用病人残馀肢体的神经 ， 为假肢提供个人手指控制 。 通过这种技术 ， 我们能够提供世界上最先进的假肢控制 。 ”
Cederna与大学工程学院生物医学工程副教授CindyChestek共同领导这项研究 。 在3月4日发表在“科学翻译医学”上的一篇论文中 ， 他们用莫比乌斯仿生卢克手臂描述了四个研究参与者的研究结果 。
直观的假肢控制在第一次尝试中起作用 。
切斯特克说：“你可以让一只假手做很多事情 ， 但这并不意味着这个人是凭直觉控制它的 。 不同的是 ， 它在第一次尝试的时候 ， 只要考虑一下它就行了 ， 这就是我们的方法 。 ”“这在我们第一次尝试的时候就起了作用 。 参与者没有学习 。 所有的学习都发生在我们的算法中 。 这与其他方法不同 。 ”
虽然研究参与者还不能把手臂带回家 ， 但在实验室里 ， 他们可以用钳子抓起石块；连续移动拇指 ， 而不必选择两种姿势；举起球状物体；甚至可以玩一种叫“岩石”、“剪刀”、“石头”、“纸”、“钳子”的石头、纸、剪刀 。
研究参与者乔·汉密尔顿(JoeHamilton)说：“这就像你又有了一只手 。 ”他在2013年的一次烟花事故中失去了手臂 。 “用那只手 ， 你几乎可以做任何你能做的事 。 它让你恢复了正常的感觉 。 ”
将微小的肌肉移植转化为神经信号放大器
心理控制假肢最大的障碍之一是利用强大而稳定的神经信号来喂养仿生肢体 。 一些研究小组--那些在大脑--机器接口领域工作的人--一直在寻找主要的来源 ， 大脑 。 当与瘫痪的人一起工作时 ， 这是必要的 。 但它具有侵入性和高风险 。
对于截肢的人来说 ， 周围神经--从大脑和脊髓中流出的神经网络--很有趣 ， 但由于以下几个原因 ， 他们还没有找到一个长期的解决方案：他们携带的神经信号很小 。 而其他获取这些信号的方法则涉及到用武力窃听的探测 。 研究人员有时会提到这些“神经指甲” ， 导致疤痕组织 ， 随着时间的推移 ， 疤痕组织已经发出微弱的信号 。
U-M小组想出了一个更好的方法 。 他们将微小的肌肉移植包裹在参与者手臂的神经末梢 。 这些“再生周围神经接口”(RPNIs)为切断神经提供了新的组织 。 这阻止了神经团块的生长 ， 即导致幻肢疼痛的神经瘤 。 给神经一个扩音器 。 肌肉移植会放大神经信号 。 两名患者将电极植入他们的肌肉移植物中 ， 电极能够记录这些神经信号 ， 并将它们实时传递给假手 。
“据我所知 ， 与以往的结果相比 ， 我们已经看到了神经记录到的最大电压 ， ”Chestek说 。 “在以前的方法中 ， 你可以得到5微伏或50微伏--非常小的信号 。 我们已经看到了有史以来第一次毫伏信号 。 ”
“因此 ， 现在我们可以获取与个人拇指运动、多自由度拇指运动、个人手指相关的信号 。 这为使用上肢假肢的人开辟了一个全新的世界 。 ”
他们的界面已经持续了好几年 。 其他的由于疤痕组织在几个月内就会退化 。


推荐阅读


上一篇：『好好做医生的胖子』五十岁女性，膝盖疼多见于这两种原因，如何应对？医生给您讲清楚

下一篇：[]124例新冠研究：六成继发病例在一代病例发病前3天被感染