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意大利推新型机械手:人脑意念操控有触感

2009年12月08日09:41:43 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T
关键字:应用 数字 


意科学家开发出由大脑控制的有触感的机械手


派鲍洛·佩特鲁兹罗测试新型假肢

  据国外媒体报道,26岁意大利人派鲍洛·佩特鲁兹罗(Pierpaolo Petruzziello)在一场车祸中不幸失去了左臂,不过他已成功接上一个机械手,现在他可以通过大脑意念控制这只假手,而且会有触感。

  仍然面临巨大挑战

  在去年进行的为期一个月的试验中,虽然佩特鲁兹罗只是通过大脑控制一个没安装在他身上的机械手,但是他感觉就像他的手臂失而复得。他说:“聚精会神是问题的关键。当你认为它就是你的手,你的前臂时,控制它就变得容易多了。”

  现在科学家面临的最大挑战,是寻找一个可以使患者的神经系统与假肢连接在一起很多年的方法,而不是只持续仅仅一个月。这个意大利科研组最近在罗马举行的记者招待会上表示,2008年他们把电极移植到佩特鲁兹罗剩下的一段左臂的神经里。佩特鲁兹罗的左臂是在3年前发生的一场车祸中被撞断的。假肢并未移植到患者的身体上,只是通过电极与身体取得联系。在记者招待会期间播放的一段视频显示,佩特鲁兹罗正在专心致志地给放在他旁边的机械手“下达指令”。

  在为期一个月与电极相连的过程中,他学会了自行扭动机械手的手指、握拳、抓东西和其他动作。罗马生物医师大学是一家专门从事保健科学研究,这所大学的神经学家保罗·玛利亚·罗西尼开玩笑说:“有些手势现在还不能公开,因为它们还相当低级。”

  试验结果惊人

  玛利亚·罗西尼负责这项科研工作。他表示,这个由欧盟资助的耗资200万欧元的项目,用了5年时间才完成,在这期间,研究人员完成了几篇论文,发表《美国国家科学院院刊》等顶级科学杂志上。佩特鲁兹罗通过显微外科手术恢复健康后,医生在他的剩余左臂里植入电极,以便他能在试验过程中操作机械手。试验结束时,那个机械手的运动遵循了佩特鲁兹罗通过大脑发出的95%的命令。

  佩特鲁兹罗是一名在巴西定居的意大利人,他表示,机械手的反馈信息非常精确,这让他感到非常吃惊。他开玩笑说:“感觉它就跟真手一样。他们甚至用针刺激我,你们根本无法想象他们到底对我做了些什么。”该科研组的工程师思尔维斯特罗·米克拉(Silvestro Micera)表示,虽然“生命之手(LifeHand)”试验仅仅持续了一个月,但这是此类实验过程中,电极跟人的神经系统相连时间最长的一次。

  在2004年到2005年间进行的持续时间更短的试验中,研究人员利用一个钳子形的终端,把一个技术含量没现在高的机械臂夹在截肢人员的断肢上,他们只能利用这种假肢做一些基本动作。并未参与这项最新研究的专家表示,该试验向制作出可以连接神经系统和假肢的连接体迈进了非常重要的一步。不过目前他们面临的一大挑战是,必须研发出可以连接数年,而不是只能持续一个月的系统。

  进一步延长植入时间

  凯斯西储大学教授和俄亥俄州克利夫兰VA医学中心生物医学工程师达斯汀·泰勒表示:“这是在20世纪中期研究的基础上,我们在这方面所取得的新的重大进步。目前还有待解决的问题是,如何让植入电极所维持的时间超过1个月甚至更长的时间。”

  世界各地的专家已经研发出其他通过大脑控制的假肢。美国采用的一种方法,要通过手术把肩部神经接到胸部肌肉上,然后学习如何利用这些肌肉控制仿生臂。虽然这种方法对那些失去整条胳膊的人来说非常有必要,但是如果断肢还剩下一部分,医生就可采用危害性更小的方法,例如意大利开创的利用大脑发送和接收信号的同样的系统连接假肢。玛利亚·罗西尼说:“我们采用的这种方法非常符合自然规律。”病人“不用学习利用具有其他功能的肌肉控制假肢,他只要集中精力,向假肢发出他曾给自己的手发出的相同信息就可以了。”

  专家表示,科学家至少还要2到3年时间,才能进行下一步的试验。首先,他们必须解决只有发丝那么细的电极如何持续更长时间。开发该电极的德国研究所弗劳恩霍夫应用研究促进协会(Fraunhofer—Gesellschaft)的生物医学专家克劳斯·霍夫曼表示,这项试验取得的结果非常令人鼓舞,从佩特鲁兹罗断肢里取出的电极没有受损的迹象,它似乎还能持续更长时间。

  除此以外,他们为了简化假肢和笨重机器(用来转化机械臂和患者之间的神经及数字信号)采用的技术,还有很多工作要做。玛利亚·罗西尼表示,目前已经制定出向前迈进的重要步骤。在与佩特鲁兹罗合作的同时,这些意大利科学家还与一项由欧盟资助的同时进行的项目合作,该项目被称作“智能手(SmartHand)”,目前已开发出可以直接安全到患者身上的机械臂。

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