增加触觉可以改善机械臂的控制

大多数非残疾人认为他们有能力完成简单的日常任务球速体育是理所当然的。例如，当他们拿起一杯热咖啡时，他们可以感觉到它的重量和温度，并相应地调整握法，以免液体溢出。能够完全控制手臂和手的感觉和运动的人可以在触摸或抓住物体的那一刻就知道他们已经接触到了物体，从而让他们开始自信地移动或举起物体。

但当一个人操作假肢时，这些任务就变得更加困难了，更不用说意念控制的假肢了。

在今天发表在《科学》杂志上的一篇论文中，匹兹堡大学康复神经工程实验室的一组生物工程师描述了如何增加大脑刺激，唤起触觉，使操作员更容易操纵大脑控制的机械臂。在实验中，用人工触觉感知补充视觉，将抓取和转移物体的时间减少了一半，从平均20.9秒减少到10.2秒。

“从某种意义上说，这球速体育是我们希望发生的事情，但可能没有达到我们观察到的程度，”球速体育大学物理医学和康复系副教授、资深作者珍妮弗·科林格（Jennifer Collinger）说。“肢体和手部的感官反馈对于我们日常生活中的正常活动非常重要，当这种反馈缺乏时，人们的表现就会受损。”

球速体育研究参与者内森·科普兰（Nathan Copeland）球速体育是世界上第一个不仅在大脑的运动皮层中植入微型电极阵列的人，而且在他的体感皮层中也植入了微型电极阵列，体感皮层球速体育是大脑中处理来自身体的感觉信息的区域。阵列使他能够用意念控制机械臂，并接收触觉反馈，这类似于人的脊髓完好无损时神经回路的运作方式。

“我已经非常熟悉刺激产生的感觉和在没有刺激的情况下执行任务。尽管这种感觉不球速体育是‘自然的’——感觉像球速体育是压力和轻微的刺痛——但这从来没有困扰过我，”科普兰说。“在任何时候，我都不觉得刺激球速体育是我必须习惯的东西。在接受刺激的同时完成任务就像PB&J一样。”

在一场车祸后，科普兰的手臂活动受限，他参加了一项测试感觉运动微电极脑机接口（BCI）的临床试验，并被植入了贝莱德微系统公司开发的四个微电极阵列（通常也被称为犹他阵列）。

这篇论文球速体育是早期球速体育研究的一个进步，该球速体育研究首次描述了如何使用微小的电脉冲刺激大脑的感觉区域，从而在一个人的手的不同区域唤起感觉，即使他们的四肢因脊髓损伤而失去知觉。在这项新球速体育研究中，球速体育研究人员将从大脑中读取信息来控制机械臂的运动，并将信息写入以提供感官反馈。

在一系列测试中，BCI操作员被要求从桌子上拿起各种物体并转移到一个凸起的平台上，通过电刺激提供触觉反馈，使参与者完成任务的速度比没有刺激的测试快两倍。

在这篇新论文中，球速体育研究人员希望在尽可能接近现实世界的条件下测试感官反馈的效果。

“我们不想通过移除感知的视觉成分来限制任务，”共同资深作者、物理医学和康复系副教授罗伯特·冈特说。“即使球速体育是有限和不完美的感觉被恢复，这个人的表现也会有相当大的改善。要使这种感觉更加逼真，并将这项技术带到人们的家中，我们还有很长的路要走，但我们越接近重现大脑的正常输入，我们就会越好。”

这项球速体育研究的其他作者包括Sharlene Flesher， Jeffrey Weiss, Christopher Hughes， Angelica Herrera和Michael Boninger；芝加哥大学的约翰·唐尼；以及德克萨斯大学奥斯汀分校的伊丽莎白·泰勒-卡巴拉。

这项工作得到了国防高级球速体育研究计划局和太平洋空间与海战系统中心的支持。