使用神经系统的自然信号恢复截肢者的触觉
该研究于10月26日发表在科学转化医学 （STM）中，证实了早期关于神经系统如何编码感觉强度或强度的研究。这是本月由芝加哥大学神经科学家Sliman Bensmaia博士开创的两本开创性出版物中的第二篇，使用神经假体装置以逼近自然完整神经系统的“仿生”方法为被截肢者或四肢瘫痪患者重新创造触觉。
10月13日，在与STM独立的出版物中，Bensmaia和由匹兹堡大学的Robert Gaunt博士领导的团队宣布，第一次，瘫痪的患者能够通过一个他用脑子控制的机器人手臂。在这项研究中，研究人员直接与患者的大脑接触，通过植入在大脑负责手部移动和触摸的区域中的电极阵列，使得人们能够移动机器人手臂并通过它移动物体。
这项新的研究在截肢者中采用了类似的方法，与两名男性受试者共同工作，每名受伤者在创伤后都会失去手臂。在这种情况下，两个受试者植入神经接口，嵌入电极的装置，其附接到臂的中值，尺骨和径向神经。那些相同的神经会携带手中的信号，仍然完好无损。
Bensmaia说：“如果你想为一名被截肢者或四肢瘫痪患者创建一个灵巧的手，你需要不仅仅能够移动它，而且还需要有感官的反馈意见。”Bensmaia说：“有机体生物学副教授，解剖学在芝加哥大学。“为了做到这一点，我们首先需要看看完整的手和完整的神经系统如何编码这些信息，然后，在可以的范围内，尝试在神经假体中模仿它。
重现不同的强度感
最新的研究是由本斯马和达斯汀·泰勒（Dustin Tyler，PhD）共同努力，凯斯·史密斯大学西北储备大学生物医学工程教授，与一个试图使仿生手临床可行的大型团队合作。泰勒团队由博士生Emily Graczyk领导，系统地测试了受试者通过界面刺激神经刺激诱发的感觉大小的能力。它们可以改变信号的各个方面，例如每个电脉冲的频率和强度。目标是了解是否有系统的方法来操纵感官量级。
本氏实验室的早期研究预测了神经系统如何识别触摸的强度，例如，物体对皮肤的压力有多大。这项工作表明，某些神经纤维响应给定的刺激（称为群体尖峰率）而发射的次数决定了给定刺激的感知强度。
新研究的结果验证了这一假设：发现电刺激的一个特征 - 被称为激活电荷率 - 以确定感觉的强度。通过改变激活收费率，团队可以以高度可预测的方式改变感觉量值。然后，团队表明激活收费率与诱发人口飙升率密切相关。
建立近似天然神经系统的神经假体
虽然新研究进一步推动了神经假体神经接口的发展，人为触摸只能提供输入的设备。在今年早些时候在IEEE Transactions on Haptics发表的另一篇文章中，Bensmaia和他的团队测试了配有触摸传感器的机器人指尖的感官能力。
使用用于测试人类感官能力的相同行为技术，由Benoit Delhaye和Erik Schluter领导的Bensmaia的团队测试了手指区分不同触摸位置，不同压力水平，移动到其上的表面的方向和速度以及在其上扫描的纹理的身份。机器人手指（借助机器学习算法）证明在大多数这些感官任务中与人类几乎一样好。通过将这些高质量输入与其他研究中生成的算法和数据Bensmaia和Tyler相结合，研究人员可以开始构建近似自然触觉的神经假体。
没有现实的自然感觉，神经假体永远不会接近实现我们本地手的灵巧。为了说明触摸的重要性，本斯玛提到了一架钢琴。弹钢琴需要微妙的触摸，一位成熟的钢琴家知道如何轻柔地或有力地根据指尖的感官信号敲击琴键。没有这些信号，钢琴会发出的声音不会很音乐。
“这个想法是，如果我们能够准确地再现这些信号，被截肢者就不必考虑它了，他可以自然而且自动地与对象进行交互。本研究的结果构成了传达关于接触压力的细分信息的第一步，“本斯马说。
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