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重造義肢第六感 或助改善控制能力

2018/3/16 — 16:21

資料圖片,圖片來源:SWNS TV片段截圖

資料圖片,圖片來源:SWNS TV片段截圖

對四肢健全的人而言,開門並不困難。但對肢體缺憾人士而言,他們需看著義肢伸出,再慢慢扭動門柄,才能完成整個動作。

他們欠缺是「動覺 (kinesthesia)」。透過動覺,大腦可知道四肢移動時方位和移動方法。傳統義肢並不會連接腦部,人也不會有此類感覺。因此,肢體控制變得相當困難。仿生學研究人員 Paul Marasco 與研究隊伍嘗試重塑這種感覺,改善義肢用家生活。

神經科學家曾發現一種有趣現象:在關節上施予 70–110 Hz 的振動,會令人產生錯覺,以為關節在移動。研究人員想將這種錯覺,套用到義肢用者身上。為測試這個想法,他們邀請了 6 位截肢參加者。研究人員分別以儀器震動他們的斷肢之上的二頭肌、三頭肌和胸肌位置的皮膚,以模仿四肢活動時的動覺。同時,他們要求參加者在完好無缺的手中,重複斷肢在被振時感受到的 22 個動作。

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研究人員發現不同振動模式,能令參加者感受和重複相關動作。出乎他們意料之外,參加者感受到不只是單一關節或手指移動,而是更複雜的活動。當中最「準確」的是手拿著環形物品的動作。但手部每日都會有不同動作,腦部又怎樣憑不同振動頻率,令我們感覺到不同動作呢? Marasco 相信,不是每個動作都有特別感覺,而是每次從振動找出最類近的感覺,再根據實際動作慢慢修正感覺。

不過,單知道錯覺可令人感受到不同動作,並不足以令截肢者感受到不同動作。關鍵是怎樣令他們的四肢移動的感覺,與四肢移動的「意圖 (intention) 」連接。也就是說,怎樣令他們做動作時,即時感到相關動覺?

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收集義肢活動數據後,再振動上臂形造「動覺」的過程。

收集義肢活動數據後,再振動上臂形造「動覺」的過程。

為達到這個效果,研究人員透過肌電圖 (electromyography) ,測量參加者控制義肢之上的上臂肌肉活動改變。測量到的改變令讓儀器發出相應頻率振動上臂肌肉,使參加者感到肌肉活動的改變。而參加者亦覺得這個方法能令他們控制能力變得更好之餘,也感到身體自主權。

當然,現時這個方法尚未可將動覺完全復原,但可見錯覺現象對人的認知、行動影響極深。此前曾有研究嘗試將截肢者感受到觸覺、或者以機器學習改善控制能力等。未來若將多種技術結合,或能幫助截肢者改善行動能力和對身體「控制權」的感覺。

來源:
Science, Prosthetic hands feel more real, thanks to some good vibrations, 14 March 2018

報告:
Marasco, P.D., Hebert, J.S., Sensinger, J.W., Shell, C.E. & et al. (2018). Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands. Science Translational Medicine, 10, 432. DOI: 10.1126/scitranslmed.aao6990

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