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無需訓練:病人由機械手重獲觸感

2016/10/14 — 16:32

美國神經科學家 Robert Gaunt 就透過植入電極刺激大腦,令頸髓損傷,四肢失去活動能力的病人 Nathan Copeland 可重獲觸感之餘,也可改善控制機械手的能力。

以往機械手研究主要集中於怎樣令病人控制機器手,雖然病人回復部份功能,卻未可如原來般靈巧地控制物件。研究人員 Gaunt 和其隊伍相信,這個分別可能源自觸感神經。因為欠缺觸感下,病人未必能夠全面地感覺到物件大小和質感,大腦因而沒有足夠資訊判斷應怎樣控制機械手。要盡量令病人回復以往功能,研究隊伍就嘗試以電極組直接刺激大腦區域中的觸感神經,使病人可以感受到觸感。

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Gaunt 的研究隊伍首先將兩組有只有 2.4 x 4 毫米大的電極組植入病人的手部觸感神經區域,再將電極組經電腦連接著機械手。被電極組刺激的區域是與分辦觸感有關為 S1 的 1 區。手術後初期,病人仍會在未被刺激的情況下有「觸感」,但在三個星期後,相關的感覺逐漸消退。最終在二個月後,這種錯誤觸感完全消失。當碰到到機械手時,同時間大腦就會被電極所刺激,令 Nathan 可以在無需訓練下的情況下,就可感受到觸感。這種由機械手傳來的感覺也相當「準確」。研究人員發現,隨著力度增加,電極施予的刺激會相應增加。

為了肯定 Nathan 真正由機械手中感覺到外間刺激,研究人員曾遮掩著他的雙眼,再隨機碰著機械手的手指——在看不到的情況下,準確度仍然達 84.3%,而當中食指和尾指的觸感最為準確。可是,礙於今次植入的電極組位置問題,Nathan 感覺到的,只有手指最入一節,而非手指頭。不過,研究人員 Gaunt 就向 《New Scientist》表示,重獲觸感會令 Nathan 更靈活地利用機械手。 研究人員期望,將來他們可以擴大病人觸感範圍,甚至加入本體感覺 (Proprioception),從而令人工觸感可變得更為真實。

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報告:
Flesher, S.N.,  Collinger, J.L., Foldes, S.T., Weiss, J.M., Downey, J.E., Tyler-Kabara, E.C.... & Gaunt, R.A. (2016). Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex. Science Translational Medicine, Published Online.  DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf8083

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文/eh

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