美國四所大學(xué)的工程研究員正在開展一個為期四年的項目，開發(fā)新一代的假肢，它不但能夠通過截肢者的大腦直接控制，而且還可以使截肢者獲得感知信息。雖然這聽起來像是科幻小說里的內(nèi)容，但是研究人員稱大部分技術(shù)已經(jīng)在小范圍的實驗中得到了驗證。美國國家科學(xué)基金會人機(jī)交互技術(shù)項目撥款120萬美元資助萊斯大學(xué)、密歇根大學(xué)、德雷塞爾大學(xué)以及馬里蘭大學(xué)開展這項研究。
 　　“這個項目并不虛幻，” 萊斯大學(xué)副研究員Marcia O'Malley說，“該項目的研究員已經(jīng)證實大部分工作是可以實現(xiàn)的，剩下的工作就是把所有的東西─無創(chuàng)神經(jīng)解碼、直接腦部控制以及觸覺反饋──全部整合在一套裝置中。”
　　O'Malley與這個項目的其他研究員——密歇根大學(xué)的Brent Gillespie、德雷塞爾大學(xué)的Patricia Shewokis以及馬里蘭大學(xué)的José Contreras-Vidal 之前已經(jīng)驗證了該技術(shù)能夠使截肢者利用假手準(zhǔn)確地感知和操縱物體，原理是截肢者剩余的肢體可以自然地接受感知反饋。“神經(jīng)假肢的控制是這個項目的重要內(nèi)容，還有一個同樣重要的挑戰(zhàn)就是為假肢執(zhí)行的接觸任務(wù)提供感知返回。”
　　該小組將利用一項技術(shù)，把人造手指尖收集的觸覺信息和假手的抓握力度信息反饋給使用者。這些信息是通過機(jī)器人外骨骼和觸控板來震動、拉伸或擠壓假肢與使用者身體連結(jié)部位的皮膚收集得到的。“這個原理就是提供使用者能夠整合的一系列的感知反饋，這與健全人通過皮膚和肌肉的神經(jīng)整合各種觸覺、動覺、強(qiáng)度信息的情況非常相似，”Contreras-Vidal說。
　　Contreras-Vidal此前也研發(fā)過一種技術(shù)，可讓測試者僅通過思緒來移動電腦屏幕上的光標(biāo)。該技術(shù)可以無創(chuàng)性地利用使用者的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。使用者頭戴一頂內(nèi)嵌電極的帽子，這頂帽子能通過腦電圖（EEG）讀取頭皮上的電活動。該小組計劃把使用者的腦電波信息與大腦前額葉測得的血氧濃度等即時信息進(jìn)行整合。使用者大腦前額葉的血氧濃度的測量采用了功能性近紅外線（fNIR）技術(shù)，該技術(shù)是由德雷賽爾大學(xué)的腦成像實驗室開發(fā)的。
　　Shewokis指出：“我們希望提供接觸任務(wù)的直觀控制功能，而且對加強(qiáng)患者的運動想象這個問題很感興趣?；颊咴谒伎既绾巫屖直圩鲞\動的時候會進(jìn)行運動想象。在理想狀況下，我們開發(fā)的觸覺或觸感反饋技術(shù)可以提高EEG和fNIR解碼水平，讓病患更容易地利用假肢手臂準(zhǔn)確地做他們想要做的事情。我們正在努力，使假肢的使用和控制能夠采用‘大腦回路’。”
　　O'Malley指出，新研發(fā)的技術(shù)對于現(xiàn)有的假肢裝置來說，是一個巨大的飛躍。因為現(xiàn)有的假肢裝備無法讓使用者感覺到他們所觸摸的對象。目前市面上一些先進(jìn)的假肢使用了可以震動的力度反饋系統(tǒng)，這種系統(tǒng)類似于手機(jī)的震動模式，只能提供假手抓取物體的有限信息。 “一般來說，震動觸覺提示的作用并不大，”O'Malley表示，“在很多情況下，人們僅會依賴視覺反饋，也就是通過觀察他們的假肢抓握的物體，來推斷該物體的軟硬程度和抓握的力度等。因此，這類技術(shù)還有很多改善的空間。”
　　“這個與眾不同的小組得到了解決腦機(jī)接口這個巨大挑戰(zhàn)的機(jī)會，”Gillespie說，“我對目前的重大突破以及未來的美好前景感到非常高興。我們特別重視解決腦/身體連接問題，希望找到以新方式解決控制身體的方法。感知反饋特別是觸感反饋經(jīng)常被人們忽視，但是我們認(rèn)為這是解決大腦和運動假肢回路問題的關(guān)鍵，”他說，“這些結(jié)果表明，我們很有希望造福截肢者和其他行動不便的人。”