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神經-機械介面,雙向回饋義肢

人類的義肢真的能做到自然的肢體一樣的好嗎?對於天生沒有四肢或者截肢的患者而言,只要神經仍然是好的,透過特殊設計的義肢,能不能讓肢障者和一般人一樣的生活呢?

仿生義肢

很久以前在研討會遇過一位電機背景的教授,她正在做脊隨損傷的相關研究,聊到為什麼學電機要來做生醫研究,她說因為覺得電線斷了可以接起來,人類的神經應該也可以,為什麼大家都接不起來?這個看似簡單天真的動機,讓她研究的路走了快三十年!神經系統太複雜了,能夠動作和接受感知,完成人類複雜的動作。如果能夠完全掌握神經的運作,那麼截肢或者天生沒有肢體的患者,就有機會用神經控制義肢了,稱做仿生義肢。

仿生上臂

Science Robotics有一篇仿生上臂義肢開發的研究,結合觸覺、運動感覺和肢體動作,讓穿戴者能用最直覺的方式來使用義肢。聽起來很完美?把整個肢體動作的機制,套用在義肢上,讓患者用起來自然。這個義肢和一般的義肢有什麼不同?要能自然,使用時的回饋很重要,因此這個設計強調在使用時,除了動作控制,也能感受到觸覺。

雙向回饋運作

這個系統需要有一個神經-機械介面,連結患者的神經和穿戴的義肢,讓患者在想要動作時,從腦部傳送神經衝動到義肢,再將義肢在環境中活動時的訊息,藉由神經傳回腦,雙向回饋運作。要達到這樣的目標,患者需接受神經再植的手術,將餘肢的神經連結皮膚和肌肉。當有再植神經的感覺接通後,碰觸患者的皮膚能啟動感覺接受器,讓患者接收到觸覺。而有再植神經接通的動作肌肉,當患者想要移動肢體,再植神經的肌肉就能和電腦化的義肢傳遞訊息,讓義肢動作。此外,在要動作的肌肉上,這個義肢能震動動覺接受器,幫助穿戴者感受到手和上臂的移動。

以上確實彌補了傳統義肢的不足,主要是雙向回饋的運作。但是依舊不簡單,看發表的文章內的圖片,患者穿上義肢後,整體上上下下電線不少,要到臨床能夠給大多數的患者穿戴,在學理上需要徵招更多的測試者。下面來看看這個雙向回饋的示意動畫。

影片來源: Digital Storytelling (CCNS)

參考文章: Cleveland Clinic , Science Robotics

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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