本文來自：學術頭條（ID：SciTouTiao），原標題《大腦控制、有觸覺、可自由活動，最“真實”假肢讓三位患者回歸正常生活》，題圖：東方IC。
近日，頂級醫學期刊 NEJM 發表了一項研究，報道了三位手臂截肢的瑞典患者，通過佩戴可以體驗觸摸感，同時受精神控制的手臂假肢，已正常生活了 7 年之久。研究人員表示，這幾乎是世界上最“真實”的假肢，可以讓患者通過大腦自由控制，並能感受到觸覺。
全球有超過一百萬的人肢體缺失（Limb Loss），肢體殘缺不僅僅是身體上的損失，同時會對患者的心理造成極大的損傷，根據研究，大約 30％ 的肢體缺失患者患有抑鬱症、焦慮症或兩者兼有。
為了儘可能降低肢體缺失患者對生活的影響，多國的研究小組開展了許多相關的研究，比如不久前 Cell 雜誌曾刊發文章講述使用腦機接口成功恢復患者觸覺和運動。
近日，《新英格蘭醫學雜誌（NEJM）》報告了三位手臂截肢的瑞典患者，他們使用可以體驗觸摸感同時受精神控制的手臂假肢，並利用這項技術生活了數年。
研究論文作者、查爾默斯理工大學生物機電和神經康復實驗室負責人 Max Ortiz Catalan 表示：“我們的研究表明，與傳統的假手相比，附著在骨骼上並由植入神經和肌肉中的電極控制的假手可以更精確地操作。我們通過整合患者使用的觸覺反饋，進一步改善了假肢的使用。並且隨著時間的推移，患者辨別感覺強度細微變化的能力有所提高。”
世界上最自然的假肢
NEJM 的這項研究由查爾默斯理工大學以及瑞典哥德堡的薩爾格倫斯卡大學醫院、哥德堡大學和 Integrum AB 合作進行。奧地利維也納醫科大學和美國麻省理工學院的研究人員也參與其中。
他們在患者體內植入了一種受大腦控制的假體長達七年之久。自從接受了他們的假體，患者每天都在所有專業和個人活動中使用它們。在過去的幾年裡，他們還為假肢添加了一個新的功能，即假手的觸感。
這種全新的人造假肢，被稱為神經肌肉骨骼假體，因為它們連接到使用者的神經、肌肉和骨骼。
用於手臂假肢的植入系統稱為 e-OPRA，它基於 Integrum AB 創建的 OPRA 植入系統。植入系統通過稱為“骨整合”的過程，將假體固定在截肢肢體殘端的骨骼上，並將電極植入截肢殘肢內部的肌肉和神經中，e-OPRA 系統就像在生物手臂中一樣，在假體和大腦之間的兩個方向發送信號。
假肢由腦神經控制，而電子肌肉和神經信號則通過手臂殘端發送並被電極捕獲。該控制系統足夠小以適合假肢內部，並使用複雜的人工智能算法處理信號，從而產生用於假手運動的控制信號。
觸摸感覺則來自於人工拇指中的力傳感器。來自傳感器的信號由假體中的控制系統轉換為電信號，然後發送這些電信號以刺激手臂殘端的神經。神經通向大腦，然後大腦感知到手部的壓力。
神經肌肉骨骼假體的新概念是獨特的，因為它具有幾種不同的功能，而這些功能在世界上任何其他假體技術中都還沒有體現出來：
它與人的神經、肌肉和骨骼有直接的聯繫。
它是受精神控制的，並傳遞出用戶認為是由於缺少手而引起的感覺。
它是獨立的，所需的所有電子設備都包含在假體中，因此患者無需攜帶其他設備或電池。
該技術長期安全穩定，在患者的日常活動中得到不間斷使用，並且沒有受到研究人員的監督，不受限於狹窄或受控的環境。
同時，神經肌肉骨骼植入物可以連接到任何市售的手臂假體，從而使其更有效地操作。
最先進的假肢，將造福更多患者
失去胳膊或腿的患者經常會產生幻覺，好像身體的缺失部分仍然存在，儘管實際上並不存在。
而該新型神經肌肉骨骼假體，可以通過假肢拇指中的力傳感器，使患者感覺到來自假肢手的真實觸感，患者可以感覺到何時觸摸物體、物體的特性以及按壓物體的力度，這對於模仿生物手至關重要。
Max Ortiz Catalan 表示，“只有在患者和假體之間的連接長期安全可靠的情況下才能為患者帶來真正的好處，這項研究的最重要貢獻就是證明了這種新型假體在臨床上可以替代失去的手臂。我們的研究是多年工作的結果，現在我們終於可以展示第一款通過植入電極可靠控制的仿生手臂假體，同時在日常生活中還可以向用戶傳達感覺。”
Max Ortiz Catalan 繼續說道：“目前，傳感器並不是恢復感覺的障礙，挑戰在於創建一種神經接口，該接口可以無縫地將大量人工收集的信息傳輸到神經系統，從而使用戶能夠自然而輕鬆地體驗到感覺。”
日常使用新型假肢的三位參與者（參與者 1:AB; 參與者 2:CDE;參與者 3:FGHI）
當前的研究針對的是肘部以上截肢的患者，這項技術已接近完成，而研究團隊正在進行肘部以下截肢患者的新系統並行工作。該小組還致力於使該系統適用於腿部假肢。
Max Ortiz Catalan 表示：“目前，瑞典的患者正在參與這項新的假肢手臂修復技術的臨床驗證。我們預計該系統將在幾年之內在瑞典以外的地區使用，而且我們在腿部假體的類似技術方面也取得了相當大的進展，我們計劃在今年晚些時候將其植入第一位患者。”
研究團隊的最終目標是與 Integrum AB 合作，開發一種適用於儘可能多的人的廣泛可用的產品。除了在假肢中的應用外，人與機器之間的永久接口為科學研究提供了新的機會，以研究人體肌肉和神經系統的工作方式。
參考資料：
https://www.eurekalert.org/multimedia/emb/230165.php
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1917537?query=featured_home
