義肢接觸地面的感覺能力,能減少幻肢痛,提供資訊做步態調整。

義肢接觸地面的感覺能力,能減少幻肢痛,提供資訊做步態調整。Derek [email protected] CC BY 2.0

動作+感覺

人體要能完成走路的動作,除了肢體要能夠有動作神經傳遞和操作肌肉動作,也需要感覺神經回饋信號給腦部,當然也需要眼睛和關節之間的本體感覺…等等,各種功能的統合都不可或缺,這就是人體的奧妙。現在義肢的發展已經百花齊放,從3D列印義肢到各種控制板模組做手部的義手,很多都已經是開放資源,此外還有以意念控制的義肢,其模擬手部的動作自由度已幾近逼真;除了上肢以外,還有下肢的義肢,在動作控制上也相當進步。然而,對於這些義肢動作時的感覺,甚至由義肢反饋回來的感覺,幾乎所有市面上的義肢都未能完全做到。

有觸覺的義肢

之前生醫人網摘有刊載,仿真皮膚,能夠感受溫度、濕度等等,另外也有能夠感受觸覺的義手,有效解決截肢患者「幻肢痛」(Phantom Pain),「幻肢痛」是一種失去的肢體疼痛的感覺。這種疼痛被認為是腦部嘗試要調整已經失去的肢體的感覺輸入而產生的錯亂訊號。若能讓截肢患者也感受到義肢與外界接觸的感覺,似乎是意念控制以外,新一代義肢的研發重點。

有感覺的義肢設計

義肢要能感受與外界接觸的感覺,可大致分成兩個部分,第一是關於感測的部份,也就是如何接受外界的資訊? 例如說,可以是壓覺、痛覺、溫濕度,第二就是怎麼將這些感覺傳遞給患者,讓患者能真實接收到。若是應用在下肢,患者腳踏地板,得到感覺回饋,不但能減輕患肢痛,還很有機會做為反應下一個動作的基礎。

奧地利「約翰開普勒林茲大學」(Johannes Kepler University Linz)的Hubert Egger教授的團隊,自其五年前「意念控制義手」的研究外,最近發表了一款下肢義肢,患者在使用時可以感受義肢接觸地面的感覺。患者藉由這種感覺,在不同狀況的路面上,像是結冰、石頭路、水泥地、草地,可以有不同的感受,甚至感覺到路上的小石頭。首先,患者必須要接受手術,將殘肢上本來應該接到腳的神經,接到殘肢上健康的皮膚下方組織。接下來,義肢的鞋底會安裝有數個的感測器,這些感測器又連接刺激裝置接到殘肢的皮膚上。也就是說當腳踏到地板上,這種感覺會經由鞋底的感測器接收,刺激殘肢上的皮膚,傳遞到腦部。

和意念控制的比較

這樣的原理有沒有很像使用意念來控制義肢?一個是感覺,一個是動作,這兩項在神經傳遞的路徑可是相反方向的。一個是由腦部傳出到神經,將訊號表現在肌肉上,再用演算法解讀,之後在義肢上表現出來;而讓義肢能感受外界的感覺,是將與外界的接觸,經過感測器接收,靠著刺激接到皮膚上的神經,傳遞到大腦。

有意思吧!未來義肢的設計,如果要囊括人類皮膚和關節的所有感覺,設計成完全仿真的義肢,恐怕要更多細膩的感測器和神經刺激,就不知道能做到什麼樣的極限了!!

文章參考:IFLSCIENCE
影片來原:AFP news agency
圖片來源:Derek Bridges@Flickr  CC BY 2.0



作者簡介

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。