打造一只美麗的機(jī)器人手是一回事。讓它進(jìn)行投標(biāo)是另一回事。對于所有旨在在提示上彎曲每個復(fù)雜關(guān)節(jié)的手形假體，仍然存在如何從佩戴者的大腦發(fā)送提示的問題。

現(xiàn)在，研究人員通過利用手臂神經(jīng)的信號，使被截肢者只需考慮其預(yù)期的手指運(yùn)動即可精確地控制機(jī)器人手。該界面依靠一組微小的肌肉移植物來放大用戶的神經(jīng)信號，該界面剛剛通過了人類的首次測試：它將這些信號轉(zhuǎn)化為運(yùn)動，并且其準(zhǔn)確性隨著時間的推移保持穩(wěn)定。

猶他大學(xué)的神經(jīng)工程師格雷戈里·克拉克(Gregory Clark)說：“這確實(shí)是一項(xiàng)充滿希望的工作，而且很可愛。”他沒有參與這項(xiàng)研究。它“為更好的控制打開了新的機(jī)會。”

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當(dāng)前大多數(shù)機(jī)器人假體的工作原理是：從皮膚表面記錄截肢后留下的完整肌肉的電信號。一些截肢者可以通過收縮留在前臂中的肌肉來引導(dǎo)他們的人造手，而這會控制他們的手指。如果這些肌肉丟失了，人們可以學(xué)會使用不太直觀的動作，例如上臂彎曲肌肉。

但是，這些設(shè)置可能很挑剔。當(dāng)人的手臂在假體的插孔中出汗，腫脹或打滑時，電信號就會改變。麻省理工學(xué)院的生物醫(yī)學(xué)工程師Shriya Srinivasan說，結(jié)果是，必須一遍又一遍地重新校準(zhǔn)設(shè)備，許多人認(rèn)為不宜整天戴著笨重的機(jī)械臂。

但是，還有另一種方法可以利用一個人的預(yù)期動作：通過聆聽將大腦的命令傳遞到手臂的神經(jīng)。直接植入這些神經(jīng)中的電線可以捕獲電信號以控制假體。但是信號微弱，細(xì)神經(jīng)纖維相對于記錄電極的微小運(yùn)動會改變或掩蓋神經(jīng)的微妙信息。

因此研究人員試圖通過將神經(jīng)信號連接到肌肉來增強(qiáng)神經(jīng)信號。一些人將神經(jīng)從手臂重新布線到胸部肌肉，并在人們通過考慮移動手部收縮肌肉時獲得了強(qiáng)烈的電信號。

但是，外科醫(yī)生必須去除胸部現(xiàn)有的一些神經(jīng)，才能采用新的神經(jīng)。正如克拉克(Clark)所說，“停車場只能容納一輛汽車。”這意味著該程序可能會損害某些截肢者用來移動其剩余上臂的肌肉。

大約10年以來，由密歇根大學(xué)(UM)安娜堡分校的整形外科醫(yī)生Paul Cederna領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)一直在開發(fā)另一種方法：給神經(jīng)提供自己的新小肌肉。研究人員從手臂的每條主要神經(jīng)中分離出纖維束，并將每束纖維包裹在一塊大體上類似于紙夾大小的肌肉組織中，通常從大腿上收獲。該過程基本上在一個人的前臂或二頭肌內(nèi)部創(chuàng)建了一組新的手指肌肉。

由于以這種方式包裹神經(jīng)還可以減輕截肢后常見的某些類型的疼痛，因此數(shù)百人已經(jīng)接受了這種手術(shù)，但是卻沒有可以從肌肉記錄下來以控制假體的金屬絲植入物。在今天進(jìn)行的《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》的一項(xiàng)新研究中，Cederna和UM神經(jīng)工程師Cynthia Chestek描述了該控制步驟的首次測試。

研究人員報(bào)告說，在三名已經(jīng)在手臂上不同部位截肢的參與者中，已經(jīng)植入了肌肉植入物，通過肌肉植入物附近的皮膚插入電線可以很容易地拾取其電信號。甚至在肩膀附近截肢時，計(jì)算機(jī)仍可以解釋哪些細(xì)微的肌肉在收縮，以及收縮多少，以隔離不同的預(yù)期運(yùn)動，例如，食指與拇指的彎曲。

“他們用這些小小的肌肉移植物獲得的隔離確實(shí)非常出色，” Clark說。

兩名參與者(均在手腕處截肢)選擇了長期電極植入物，從而可以進(jìn)一步測試他們的手部控制。使用“學(xué)習(xí)”到可以將電信號轉(zhuǎn)換為預(yù)期動作的計(jì)算機(jī)算法，參與者可以在計(jì)算機(jī)屏幕上提示虛擬手以指示線索上的五個位置。當(dāng)控制市售的假肢LUKE手臂時，兩個參與者都可以將拇指移動到精確的空間目標(biāo)上，并撿起并堆疊一組小木塊。