三年前依果(Igor Spetic) 因為工業意外失去了右手掌。在意外之前,依果的觸覺異常敏感,連開藥罐都請家人幫他開,因為不小心碰到藥罐內的棉花球都會讓他起雞皮疙瘩。然而,失去右手掌之後,只有義手的依果,完全不能感受這些了。最近,他參加了美國Case Western Reserve大學與Louis Stokes克里夫蘭退伍軍人醫療中心合作的研究計畫,來幫助他重新拾回手部的觸覺。研究人員蒙住他的眼睛並用棉花刷過他的義手的背面,依果竟然感覺到手臂的汗毛直豎。

義手

義手如何能有觸覺?

義手怎麼能感受觸覺? 事實上,依果不能真的感受到棉花球刷過他的義手。這種感覺的傳遞,是因為研究人員使用電腦放出多種電訊號,經由手臂的神經輸入並傳遞到大腦,同時,讓他知道每一種不同訊號代表的物體的觸覺。是一種重新認知觸覺的學習。

拾回觸覺,減少疼痛

這項研究不但可以重新拾回”感覺”,還意外讓依果受苦已久的幻肢痛(phantom pain;指的是病人對已不存在的肢體感到疼痛)減少了大約95%。而另外一名參與研究的截肢患者,經過這項研究後,也能重新拾回手的感覺,而且幻肢痛幾乎消失不見了。

這樣研究計畫的主持人,生物醫學工程系副教達斯汀(Dustin Tyler)說: 觸覺是我們與周圍物體進行交流的方式之一。所以,義手的開發不只是重建動作的功能而已,還要與世界建立連結,也就是通過義手的多個觸點來慢慢恢復觸覺。如此,可以重新啟動大腦裡面負責觸覺的部位。

第二位受測者凱斯( Keith Vonderhuevel)這樣形容重新獲得手部的感覺 , 有一次在做測試時,感覺就像水流過手背一樣。

和過去產品的不同點

這項系統目前仍在實驗室研究的階段。他具有幾點與過去的義手開發產品不同的特色。

首先,訊號的傳遞是仰賴刺激環繞手臂的主要神經束,而不是將電極穿入保護神經膜。實驗團隊將三個電極環繞在依果的前臂,讓他感受19個不同的刺激點。在凱斯的上臂環繞兩個電極,讓他感受16個不同的刺激點。

其次,受測者一開始做碰觸實驗時只感受到刺痛。然而,研究團隊為了提供更多的感覺模式,便發展出多種演算方法。貼在病人手臂上的感測器會接收物體的碰觸時的壓力,稱為輸入信號,這項產品開發的演算法將這些信號轉換成多種模式與強度的電子信號,最後這些電子信號才傳遞到大腦。這些感測器本身不能直接感應物體的材質紋理,只能偵測物體刷過表面產生的壓力。

不同的信號,通過安裝在患者手臂上的電極環,會被大腦解讀為不同的刺激信號。這個過程,科學家需要在信號和大腦對信號的解讀之間不斷的做微調,讓患者更能了解這種感覺l。

第三,重拾回來的觸覺仍需要更多研究來證實永久性。目前,依果和凱斯已經使用這個系統兩年半和一年半,而其他人的研究只有一個月,有時候感應能力會消退。

在蒙住眼睛的狀況下,患者仍然可以辨別不同的信號模式,例如砂紙,光滑表面,堅硬表面。當研究人員使用兩個不同的材質紋理的物品碰觸義手上的兩個不同位置,患者仍然可以同時識別每個物品的類型和位置。

未來,也可以應用到義肢的開發

計畫的主持人達斯汀副教授說: 「我不能說我們的研究已經正中目標,但兩位受測者已經很熟練地可以分辨物體的材質。希望能在五年之內,這個系統能夠繼續發展,可以在家裡使用,而且是終生使用。之後,將這項技術應用到義腿,讓腿部截肢的患者能夠適應崎嶇地形。也許這項技術還可以讓肢體一直顫抖的病人得到改善,或是應用在其他深層腦部刺激之類的治療。」


文章參考:ScienceDaily;影片來源:Case Western Reserve;圖片來源: Nadya Peek CC Licensed。

 

 

 

 

 



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。