一个人怎么能用她的思想控制一台机器?

作者:朱莉娅·雷顿

克劳迪娅·米切尔和她;仿生手臂。”;
克劳迪娅·米切尔和她的“仿生手臂”
摄影礼遇美联社照片/卡莱布·琼斯

本周,芝加哥康复研究所介绍了第一位安装了智能手机的女性仿生“手臂”技术。克劳迪娅·米切尔(Claudia Mitchell),在一次手术后,她的左臂肩部被截肢摩托车意外的是,她现在可以用假手抓抽屉了,“抓抽屉拉”。“一个人能够用他的或她的思想成功地控制假肢的多种复杂运动,这为截肢者打开了一个可能性的世界。使这一壮举成为可能的手术和技术设置几乎与手术结果一样令人惊讶。

“仿生手臂”技术之所以成为可能,主要是因为截肢的两个事实。首先,大脑中的运动皮层(控制自主性肌肉运动的区域)即使某些自主性肌肉运动,也仍在发出控制信号肌肉无法再进行控制;第二,当医生截肢一个肢体时,他们不会移除所有曾经向该肢体传递信号的神经。因此,如果一个人的手臂不见了,就会有一些工作神经残端在肩膀上,根本没有地方发送他们的信息。如果这些神经末梢可以重新定向到工作肌肉群,那么当一个人思考“用手抓把手”时,大脑会向应该与手沟通的神经发出相应的信号,这些信号最终到达工作肌肉群,而不是肩部的死端。

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重新安排那些神经这不是一项简单的任务。RIC的Todd Kuiken博士开发了这一程序,他称之为“有针对性的肌肉神经再支配”。外科医生基本上解剖肩部,以接近控制肘、腕和手等手臂关节运动的神经末梢。然后,在不损伤神经的情况下,他们将末端重新定向到一个工作的肌肉组。在RIC的“仿生手臂”案例中,外科医生将神经末梢连接到一组胸部肌肉上。神经需要几个月的时间才能发育成这些肌肉并完全融合。最终的结果是控制信号的重新定向:运动皮层像往常一样通过神经通道向手臂和手发出信号;但是这些信号不是在肩膀,而是在胸部。

使用这些信号来控制仿生RIC装置将电极放置在胸部肌肉的表面。每个电极控制六个电极中的一个马达移动假肢的关节。当一个人思考“张开的手”时,大脑会将“张开的手”信号发送到相应的神经,该神经现在位于胸部。当神经末梢接收到信号时,与其相连的胸肌收缩。当“张开的手”胸部肌肉收缩时,肌肉上的电极检测到激活,并告诉控制仿生手张开的马达。由于每一条神经末梢都被整合到不同的胸肌中,因此戴着仿生手臂的人可以同时移动所有六个马达,从而使假体的运动范围相当自然。

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