酷炫丨大脑意念控制机器假肢，科幻电影走进现实！

NanoLabs

2020-03-09

在科幻电影中，我们常看到一些可以灵活控制假肢的电影镜头，而在生活中，却难以实现，因为制造一只精致的机械手是一回事，而让它按你的指示去做又是另一回事。对于所有的设计用于按指示去弯曲每个复杂的关节的手形假肢，现在仍然存在一个问题，即如何从佩戴者的大脑发送这些指示。

图|电影《阿丽塔：战斗天使》

目前大多数机器人假肢主要是分两种：1）利用从皮肤表面记录截肢后完好的肌肉发出的电信号。2）通过听神经将大脑的指令传递到手臂上。但是这两种方法都存在信号传输问题。因此，研究人员试图通过将神经信号连接到肌肉来增强神经信号。

近10年来，由密歇根大学安娜堡分校的整形外科医生Paul Cederna领导的团队一直在开发另一种方法：给神经提供自己的新小肌肉。研究人员从手臂的每条主要神经中分离出纤维束，并将每束纤维包裹在一块回形针大小的肌肉组织中。由于以这种方式包裹神经还可以减轻截肢后常见的某些类型的疼痛，因此数百人已经接受了这种手术，但是还没有在这些肌肉植入植入物来控制假体的研究。

现在，Paul Cederna和UM神经工程师CynthiaChestek等人表明，植入上肢截肢者体内的再生性周围神经接口（RPNIs）可以在不需要调整的情况下，使用人工手控制手指运动近一年。实现了通过利用手臂神经发出的信号，被截肢者只需思考他们想要的手指运动，就能精确地控制机器人的手。

RPNI手术的细丝电极插入和解剖图解

在三名已经在手臂上不同部位截肢的参与者（已经植入了肌肉植入物）中，通过肌肉植入物附近的皮肤插入电线可以很容易地拾取其电信号。即使在肩膀附近截肢时，计算机也可以解释哪些细微的肌肉在收缩，以及收缩多少，以分开不同的预期动作，例如，食指与拇指的弯曲。

图|动作演示

图|持续300天演示 

其中两名参与者（均在手腕处截肢）选择了长期电极植入物，从而可以进一步测试他们的手部控制。当控制市售的假肢LUKE手臂时，两个参与者都可以将拇指移动到精确的空间目标上，并捡起并堆叠一组小木块。

实时连续控制功能任务

最后相信在全球科学家的努力之下，科幻电影的科技终会变成日常生活中的一部分。

参考文献：

1. Vu PP, et al. A regenerativeperipheral nerve interface allows real-time control of an artificial hand inupper limb amputees. Science Translational Medicine. 2020;12(533):eaay2857.

https://stm.sciencemag.org/content/12/533/eaay2857

2. Kelly Servick. Minimuscles letamputees control a robot hand with their minds. Science 2020.

doi:10.1126/science.abb5810