澎湃Logo
下载客户端

登录

  • +1

仿生肢体让患者获得真实感知能力,仍需警惕伦理与安全

刘霞/科技日报
2024-12-04 09:03
生命科学 >
字号

皮质内植入物帮助英柏瑞控制机械手臂。图片来源:《自然》网站

几十年来,科学家一直致力于恢复四肢缺失或瘫痪人士的行动能力,然而,现有的仿生肢体并非尽善尽美。美国匹兹堡大学生物工程师罗伯特·冈特表示,要想真正恢复患者的运动能力,关键在于恢复他们对触觉和温度的感知功能。

英国《自然》网站在近日的报道中指出,科学家目前正竞相赋予仿生肢体的真实感觉。为此,他们在工程技术领域不断钻研,对感觉运动系统的理解也日益深入。也有专家提醒,在追求技术突破的同时,人们还应关注脑机接口和高科技假肢涉及的伦理和安全问题。

编码数据传递触觉

科学家目前正致力于让患者体验到真实的感觉,但这条研究之路并非坦途,仍有许多难题亟待攻克。首要挑战之一是需要编码海量数据。

瑞典查尔姆斯理工大学神经工程师贾科莫·瓦莱解释道,当人们触摸物体时,皮肤上不同的感觉神经元会对物体的形状、压力和质地进行编码。瓦莱一直致力于解码这些神经信号,并尝试通过身体的感觉神经直接将这些信号传递到大脑,让患者重新拥有触觉。

在美国芝加哥大学做博士后期间,瓦莱与截肢患者斯科特·英柏瑞携手合作。1985年,一场车祸让英柏瑞的3块椎骨粉碎性骨折,70%的脊髓被切断,他的感觉和行动能力因此大打折扣。

瓦莱团队的最新研究成果显示,通过植入电极,他们成功地让英柏瑞感受到了触摸某一形状边缘的微妙感觉,甚至让他体验到了指尖拖动物体的细腻动作。他们表示,这项技术将让患者能够用仿生手更自如地操纵和检测物体,或用仿生腿获得更佳的平衡感和步态。

瑞士洛桑联邦理工学院神经工程师苏莱曼·苏库尔等人则正积极探索恢复患者辨别温度能力的途径。他们通过热装置刺激上肢截肢患者剩余肢体的神经,让其佩戴机械手感受到了从温暖到凉爽的奇妙变化。

合成技术恢复运动能力

美国麻省理工学院工程师休·赫尔认为,最重要的是,让患者感觉假肢就像是自己身体的一部分,而不仅仅是仿生的人造装置。

为了实现这一目标,赫尔及众多科学家正致力于将人体多种组织,如肌肉、肌腱、骨骼和神经,与先进的合成技术相结合,以期将人机融合推向全新高度。

赫尔团队与波士顿布莱根妇女医院携手开发出一种方法,通过再生截肢腿残余部分的神经来恢复感觉输入。该方法首先会取下患者一小块脚跟皮肤,然后通过精细的手术将其与残肢的感觉神经连接。接下来,这块皮肤移植物会与肌肉-计算机接口相连,该接口通过肌肉的收缩来激活感觉神经。当肌肉收缩并对皮肤施加压力时,患者便能感受到脚跟仿佛被撞击了一般。该方法最初在大鼠身上进行了实验并取得了成功,目前正开展人体临床试验。

电子皮肤备受关注

在为假肢赋予真实感觉方面,人造皮肤备受关注。美国斯坦福大学的工程师鲍哲南表示,电子皮肤融合了神经科学与工程学领域的最新技术,有望大大拓展假肢的功能。

科学家不遗余力地研发外观和感觉都像皮肤的人造材料。这些材料不仅能敏锐地捕捉环境中的信息,还能生成信号,与神经系统直接“对话”。此外,也有少数实验室致力于提高电子皮肤各个组件的性能。这些组件包括环境传感器、能将感觉信号转换为数字输出的微电路,以及连接传感器与外周神经的电子接口。

美国约翰斯·霍普金斯大学神经工程师尼蒂什·塔科尔在电子皮肤研究领域深耕数年。他认为,人造皮肤领域要想取得质的飞跃,必须在两大领域实现突破。一方面,在纳米材料和电子领域,需要制造出柔性有机晶体管,让它们成为皮肤内的触觉“接收器”,并在受损时能够自我修复。另一方面,在神经科学领域,相关材料能将感官信息转换为数字数据。

鲍哲南对使用“超越人类能力”的电子皮肤充满了期待。她参与的一项研究显示,电子皮肤紧密包裹的机械传感器,能够一次性读取盲文中的整个单词,而非逐个字母地识别。想象一下,其他类似传感器或许能让患者轻松知晓物体的化学成分。

伦理和安全问题值得警惕

尽管脑机接口、神经假体和电子皮肤等领域的进步令人瞩目,但这些尖端技术要想真正被用于改善患者的日常生活,还有很长的路要走。

这些技术成本高昂,需要繁琐且耗资巨大的实验室操作。目前尚不清楚这些设备何时能供患者轻松使用。

美国神经科学网络执行董事珍妮佛·芬奇表示,患者当前面临的最紧迫的问题集中于伦理和安全领域:这些设备由谁来安装?卫生服务部门如何决定这些设备的费用?此外,当设备发生故障或设备制造商破产时,患者可能将面临植入物不受支持或无法工作的困境。

(原标题《仿生肢体让患者获得真实感知能力》)

    责任编辑:卢雁
    图片编辑:沈轲
    澎湃新闻报料:021-962866
    澎湃新闻,未经授权不得转载
    +1
    收藏
    我要举报
            查看更多

            扫码下载澎湃新闻客户端

            沪ICP备14003370号

            沪公网安备31010602000299号

            互联网新闻信息服务许可证:31120170006

            增值电信业务经营许可证:沪B2-2017116

            © 2014-2024 上海东方报业有限公司

            反馈