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美科学家开发出人造神经可令假肢有触觉
发布时间:2011-4-9

据《泰晤士报》报道,美国科学家日前开发出“人造神经”,有朝一日或能使截肢者的假肢感觉到冷热和触觉,让它们与大脑实现高效的双向交流。
该技术采用以Pedot为材料的薄薄的塑料细丝。Pedot可以传导电子信号。塑料细丝与患者真正的神经连在一起,延伸至假肢的末端。发明这项技术的科学家认为,它最终能使截肢者弹钢琴,让人造手具有像真手一样的触摸感觉。

这种“虚拟神经”也将促进神经系统新细胞的生长,使得截肢者能够感觉到触摸和热。
这种“虚拟神经”也将促进神经系统新细胞的生长,使得截肢者能够感觉到触摸和热。
在伊拉克被炸掉一只手的奥运会希望之星约翰·巴特沃斯可受益于这项技术。
在伊拉克被炸掉一只手的奥运会希望之星约翰·巴特沃斯可受益于这项技术。

美国密歇根大学整形手术专家保罗·塞德纳(Paul Cederna)教授说:“失去双手的人可以再次握住孩子的手,并感受到他们的体温。我们每天要做的很多事情取决于轻轻的触摸和压觉反馈,无论是手握热咖啡纸杯,还是将电话放在耳边。”

  塞德纳教授上周在西雅图举行的美国整形外科医师的年会上公布了他的研究成果。这个研究项目由美国军方资助,是一系列改善对截肢患者治疗的举措 之一。由于阿富汗和伊拉克战争,美军士兵截肢病例不断增多。据悉,从2008年初开始,已有55名英国军人至少失去一条腿或一只手臂。在位于萨里赫德利考 特(Headley Court)的英国国防医疗康复中心(DMRC),当前最先进的机械假肢可由患者口袋中的控制装置以无线方式移动。

  据塞德纳介绍,Pedot的使用令假肢和大脑之间有效的双向交流变成可能,因为这种材料的反应速度是正常神经细胞的两倍,传输神经系统电子信 号的效率是当前使用的金属材料的10倍。此外,研究表明Pedot的使用还能刺激新的神经细胞的生长。塞德纳说:“这让假肢同真肢的感觉一样。这样,就不 需要大脑的重新认识过程,因为‘人造神经’已经携带了所有那些信号。”

  数十万个纳米感应器

  传递电子信号的塑料细丝须安装数十万个纳米感应器,纳米感应器尚在开发之中,可以分辨触觉、冷热和其他感觉。塞德纳说:“我们当前面临的问题 是,假肢的使用十分复杂。如果新开发出的假肢具有足够多的感应器,用以提供轻轻的触摸以及压力等各种感觉,那么我们就能让假肢和患者大脑之间实现双向交 流。”塞德纳借助实验室动物开发出这项技术,他希望3年内对人进行临床试验,10年内正式应用于患者身上。

  英国每年有5000人安装假肢,其中超过80%的人是安装腿和脚等假肢,而一旦可以与患者大脑实现双向交流,这将对假肢产业产生相当大的影 响,因为假手和假臂需要更为复杂的活动。23岁的约翰·布特沃斯以前曾是英国皇家空军机械师,2007年他在伊拉克的巴士拉空军基地遭遇火箭弹袭击,失去 了左手。目前,布特沃斯正在积极接受训练,希望在参加残奥会的英国自行车队中获得一席之地。

  有时,他会利用金属“分开式挂钩”(split hook,可提供举力和控制力)辅助手的活动。有时,他会转而使用表面覆盖人造皮肤的更为敏感的仿生手i-LIMB。仿生手i-LIMB由植入皮肤表面的感应器控制,感应器可以探查到截肢处肌肉的电子信号。

  需克服诸多技术障碍

  布特沃斯说:“分开式挂钩易于使用,有了i-Limb,患者同样感觉很方便。但是,用它举起咖啡杯,我不会感到很舒服。你无法感觉到压力,必须始终盯着这只手,保证其正确抓握。如能用它去感觉各种事物,一定令人很惬意。”

  莎拉·斯托里(Storey)是英国著名残奥会冠军,在游泳和自行车比赛中赢得了多块奖牌,她一出生就没有左手。斯托里说:“如果这项技术能 在像我一样的人身上大展身手,那种感觉一定非常好。但是,我始终想搞清楚一个问题,那就是如果有人给我一只手,我是否懂得如何使用。”

  位于伦敦的英国皇家整形外科医院的医生迈克尔·福克斯一直在与赫德利考特的截肢者合作尝试这项新技术。他说,在这种假肢得到应用前,首先要克 服几个技术障碍:“在将感觉从肢体传回到大脑的问题上,你必须慎之又慎。一旦收到错误信号,大脑将面临很大风险。我本人对这些进步感到激动不已,但它们尚 处于早期阶段。”
 
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