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2023

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美新型仿生手依靠人脑思维控制


克劳迪娅·米切尔展示她的仿生手

  北京时间9月15日消息,据美国广播公司报道,克劳迪娅·米切尔(Claudia Mitchell)看上去可能有点像20岁的美国大学生,但有人称其为“真实版无敌女金刚”。作为一个实验性手术的结果,米切尔已成为首个名副其实的“仿生女人”。如今,她的身体由两部分构成,一部分是人体,另一部分则是电脑。

  准备尝试新的仿生生活

  米切尔的仿生生活开始于2004年。当时,她坐在一个朋友的摩托车上,途中摩托车突然失控,发生车祸,结果左臂被公路隔离带切断。起初,医生尝试为她接上手臂,但以失败告终。随后,医生为米切尔安装上一只标准的仿生左臂。她原以为假臂会让她的生活恢复正常,然而它没有发挥所用。截肢部位几乎到了肩膀,这使仿生手臂几乎不可能受她控制。她说:“我只好把那个假肢扔在书架上,根本派不上用场。”

  她渐渐变得沮丧起来,认为自己在余生只能有一只手相伴,就连最基本的家务也做不了。出人意料的是,一篇讲述实验性神经手术的简短文章竟然挽救了她的生活。文章提到“目标肌肉神经移植术”,它的开发者是芝加哥复健研究所的托德·库伊肯(Todd Kuiken)博士。这种新手术的根本原理是机器手臂不受患者肩膀控制,而是由患者思维操纵。

  于是,原是一名美国海军陆战队成员的米切尔准备尝试拥有第二只发挥作用的手臂。她自愿加入到这个实验性手术中来。2006年,医生在6个小时手术中,把被切断和暂时停止作用的神经接到米切尔的肩膀中,然后将它们放在胸肌下方。神经的作用是控制手臂运动。他们想让这些神经再次觉醒,使她的胸肌正常发挥作用。最后,医生们用来自胸肌的电子神经信号为这条仿生手臂提供动力。

  等于重新部署神经系统

  如今,米切尔想让手臂活动时就能通过思维让它“动起来”。信号从脑传给胸肌,再由胸肌神经指挥假肢。库伊肯进一步解释说,胸肌接到信号后,接着释放出少量电流。他们在这只机器手臂中安装了一些细小电线,使它能获得电子信号。体内电脑收到信号后进行破译,然后告诉这只假肢怎样做。这个过程几乎在瞬间完成。库伊肯说:“我们等于为她重新部署了神经系统。”

  对于米切尔来说,同新手臂共存意味着和发明相伴一生。她说:“我有了‘尤里卡时刻’,简直不敢相信我有了这样的时刻。”现在她可以做一些多数人能轻易做到的简单事情,像叠衣服、切菜甚至还能打开葡萄酒瓶等。米切尔说:“我现在能做一些以前人们认为我不能做到的日常家务。”

  熟悉的感觉

  米切尔手术4个月后,开始遇到一些令她惊讶的事。淋浴时,他会感觉到热流进入胸部,她突然觉得左手上有热水,但这只左手明明是假肢呀!接下来还有更不可思议的事:她触摸胸部时,能产生各种感觉,就像失去的左手能感觉事物一样。她会感觉到热,也会感觉到冷,还有压迫感和触觉。之所以会发生这一切,都是因为她在胸部上触摸了一些特殊部位。

  原来,在米切尔的手术中,医生切除了控制运动的运动神经,但是被切断的感觉神经却依然能正常发挥作用。这就是她能产生那些感觉的根本原因。库伊肯说:“米切尔是第一个接受目标肌肉神经移植术的人。我们故意把左手的感觉神经植入胸部皮肤上,看来它发挥了作用。”

  如今,有人抚摸米切尔的胸部时,她就能产生左手的感觉。库伊肯说:“现在米切尔的大脑还不知道她的手在那里起作用。”芝加哥复健研究所触觉专家兼研究科学家保罗·马拉斯科(Paul Marasco)受邀参与了这个实验性手术,研究米切尔在胸部产生的左手感觉。他把详细情况绘制成图,将失去的左手感觉同相应胸部部位间的关系表现出来。

  马拉斯科说:“触摸不同地方,她就能有不同感觉。米切尔已能感觉到皮肤的弹性。”米切尔每次在同一部位都能产生相应的同一感觉。马拉斯科说:“她像个发条,现在能很好地感知感觉了。”

  下一步的发领域

  医生们希望米切尔的仿生手臂将来能感觉脑对受伤所作出的反应,还希望它能为将来仿生技术的发展铺平道路。他们下一步要设计一只不仅能触摸还能产生感觉的仿生手臂。

  库伊肯说:“当你用仿生手摸东西时,就会感到是你自己的手。当你触摸热咖啡时,就会知道那是热的。”目前,米切尔全神贯注地参与这项研究,甚至把多数假期都用在库伊肯的实验室中,试验这只最近被安装上的假臂。米切尔说,尽管她明白自己是个患者,同时也知道还是这个科学研究组的一部分。

  有人称她是“真实版无敌女金刚”,米切尔觉得这很有趣。她说自己从未看过这部由琳赛·瓦格纳主演的20世纪70年代电视剧。但是,孩子们有时问她能否用仿生手做些很酷的事,例如举起汽车等。米切尔并不想变成超人,只是希望有机会重新过上正常生活。