从神经系统入手改造信号编码,两名截肢者重获手部触觉

2016年11月04日 14:48  

上个月,Medgadget 报道了一项针对截肢患者的研究——截肢者通过安置了压力感应器的机械臂感受到了手指的存在。在这个过程中,研究人员在志愿者大脑中的躯体感觉皮质进行了相关组织的移植。

日前,来自芝加哥大学和凯斯西储大学的研究人员组成了一支研究团队,让两个截肢者能在他们被截掉的手部感受到触觉。与上文提到的研究不同的是,这项研究靠的是手臂正中神经、尺骨神经和桡神经的活动,而且这样的活动并不直接发生在大脑中。

在实验过程中,凯斯西储大学和芝加哥大学的研究人员以及两名志愿者通力合作,对常人的手部进行信号编码的方式进行编程,然后尝试不同的刺激频率以及信号宽度。通过不同实验设置之间的组合,研究人员最终知道了怎样才能让触觉更加自然。同时,他们也对身体用来制造神经系统信号的编程语言有了更好的认识,这让他们能够让未来研发的修复器械具备高级的触觉。

被外部刺激物(左上角)接收的电剌激会通过经皮导线传输到安置在上肢截肢者(左下)的正中神经、尺骨神经和桡神经中的 FINEs 中。每个电极接头都会在截肢者已经失去的手部的小部分区域产生触觉。

下面,就让我们一起看看研究团队发表在 Science Translational Medicine 的论文的摘要:

我们发现刺激脉冲宽度和脉冲频率对人类感受到的触觉强度的影响具有系统性和协同性,人造触觉会让截肢者们产生自己完整的手臂皮肤上产生了触摸凹痕的错觉。我们从刺激参数中,发现了一个量级,我们将它命名为激活率(ACR),它可以预测所有实验条件下,人造触觉的量级。在利用神经纤维的基础中,ACR 代表了活化神经细胞中的群峰计数。我们的研究假设群峰计数会让触觉量级增加,并证明了这个假设是成立的;同时,我们的研究还发现,感应量级可以被系统地利用到单一刺激量中。

实际上,这已经不是芝加哥大学第一次研究假肢触觉了。早在三年前,雷锋网(公众号:雷锋网)就曾经报道过 DARPA 出资赞助芝大的一项针对退役的伤残军人的研究——科学家们在观察猴子抓握物体时神经活动的变化的过程中,采用传感器加深脑部刺激的方式,研究摆弄物体的活动与脑部神经活动的关系,由此制造出信号来刺激脑部产生触觉。

对芝大最新研究感兴趣的读者可以看看研究团队发表在Science Translational Medicine 的论文 The neural basis of perceived intensity in natural and artificial touch,也可以在芝加哥大学官网了解更多详情。(雷锋网)

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