精細的義手設計,有27個活動自由度。

Applied Physics Laboratory設計的義手模組。Credit: Official U.S. Navy Imagery CC BY 2.0

義肢的開發不論是在動作、感覺還是外觀上面,都已經做得到相當精細。但是,如果因為意外同時失去整個雙臂,也就是在肩膀的位置截肢,如果沒能幸運得到異體手臂移植,那麼就幾乎是宣告終結患者未來任何手部動作的可能性。當雙臂都失去了,即使裝上義肢,那還有什麼方法來「控制」義肢呢?可以只要用腦袋嗎?用念力,操控義肢。

如何將腦部意念傳遞再表現出來

事實上,不論肢體是不是存在,當人腦有這個意念要動作,腦部都會傳達訊息到手部的神經。也就是說,即使失去雙臂,但是神經還在,所以腦部仍然有能力發出訊號,傳遞訊號到手部的神經。科學家應用這一點,發明了一項技術,稱作神經轉接特定肌肉手術(Targeted Muscle Reinnervation)。這個技術將原來要連結到手部肌肉的神經,轉接到患者的胸肌上。為什麼要這樣做呢?這樣的方式,是要讓腦部傳出來的訊號可以在胸肌上表現出來,所以當患者腦部有一個想法,要手部動作,這個訊號因為神經再接手術之後,會傳遞到胸肌,這時候,科學家在患者的胸肌貼上電極(electrode),就可以接收這個腦部的命令,再將這個命令轉接到義肢的訊號處理器上,進而控制義肢的動作。

如果是癱瘓沒有神經控制的患者,那就要在患者腦部植入晶片,用來傳送患者的腦部要傳達的訊息給義肢。現在已經做到這個腦部訊號感測可以無線傳輸給義肢了。

世界首例:用意念控制雙臂義肢

美國相當知名的約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室(Applied Physics Laboratory),最近進行了一項相當突破性的臨床研究,將這種用腦袋就可以控制的義肢,安裝在雙側都在肩膀位置截肢的患者身上,成功的讓這名患者可以用意念去控制義肢。為了要讓患者Leslie Baugh可以穿上這套義肢設備,醫生先替Leslie做了神經轉接特定肌肉手術,這個手術讓原本可以控制手部動作的神經都和義肢互動。接下來,科學家安排Leslie進行訓練,先用電腦軟體模擬手部動作,讓他可以學習怎麼用意念去控制義肢。然後,科學家替Leslie設計了一個穿戴的套筒可以穿在身上,用來安裝義肢。

雙臂義肢主角,Leslie,用意念控制義手拿球。Credit: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Leslie成功的用意念控制義肢,甚至同時控制兩隻義手不同的動作。未來,Leslie將可以帶這兩隻義手回家並且在日常生活中使用。

很不可思議的技術,把人腦的意念”傳遞”出來,再”表現”出來去控制機器。在這過程中⌈神經轉接特定肌肉手術⌋是非常關鍵的技術。當然,精密的義手關節設計,讓動作更精細。目前這隻義手已經能表現約27個自由度的動作,而真實的人手約有30個自由度。所以,已經是非常逼真的了。

⌈意念控制機械⌋未來可能取代人手嗎?

未來,有可能用意念控制機器嗎?這項用意念控制義手的開發,不僅可以應用在截肢患者個手臂,還能用在很多人無法到達的環境,例如 : 拆解炸彈。五十年後,會不會不管大家有沒有手,都懶得動了,用意念控制機器人去做事,連說話都免了呢?

文章參考:John Hopkins Applied Physics Laboratory
影片來源:JHU Applied Physics Laboratory
圖片來源:Official U.S. Navy Imagery CC BY 2.0Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory



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。