人机接口、植物涂层等在协助大脑和身体承受仿生义肢及植入物｜CyberDaily

　　身体和大脑排异是第一步，最难的是在承受仿生义肢和植入物后，人对自我认同、身份认同的接纳...一个绵长的进程。

　　不久前，一些公司提出的仿生人概念好像有些勉强，但可穿戴的机器人套装、大脑操控的仿生肢体和意念操控的轮椅现在正在活跃开发中。人机交融的愿望离咱们更近了。

　　“关于机器人技能和前进来说，这是一个十分激动人心的时刻，”英国剑桥大学的认知神经科学家 塔马尔· 马金教授说。“咱们正在看到科幻等级的仿生肢体和开箱即用的假肢规划，这些假肢看起来不像身体部位。”

　　关于某些人来说，这好像是一个有点令人不安的主意。明显，可穿戴机器人和仿生植入物作为医疗设备能够带来多种优点，例如改善假肢。但除此之外，仿生学和可穿戴机器人技能或许会前进人们在作业场所的才能并前进生产力。

　　鉴于如此敏捷的前进，马金教授说，问题在于人体和大脑怎么习气和吸收这些设备。她说：“我觉得这个评论中常常疏忽的一大层面是，用户的大脑和认知怎么与人工身体部位相关联。”

　　马金教授领导了 Horizon主导EmbodiedTech（体现科技） 项目，以探究人类大脑怎么有效地支撑人工身体部位等问题。此外，大脑在多大程度上开端将假肢辨以为人体的一部分？这需求多大程度上依赖于它看起来像一个真实的肢体？大脑怎么完成来自肢体的反响？

　　答复这些问题是使可穿戴机器人技能尽或许用户友爱并协助保证咱们的大脑能够处理这些问题的要害。一些估量标明，多达一半的截肢者不常常运用他们现在的假肢，这标明存在改善的地步。

　　马金教授的团队进行的一项研讨运用了功用性磁共振成像 (fMRI) 对失掉一只手的人和两只手的人进行了研讨。他们发现，人们运用假肢的频率越高，与辨认手相关的大脑区域对假肢图画的反响就越强。

　　假肢运用者在答应人们辨认和操控手的区域之间也有更强的神经联络，这标明大脑现已习气了自己来交融假肢。

　　另一项研讨发现，一般假肢运用者的大脑好像将假肢标明为与手或东西不同的类别。这是由于它在真手假肢和非真手的假肢（例如机械挂钩）之间的反响比在这些假肢和手或东西之间的反响更类似。

　　“不同类型的假肢具有类似的体现，因而它们被归为一类，”马金教授说。“大脑绝不会被诈骗将这些假肢与生物手联络起来。”

　　马金教授说，这一发现意味着彻底“体现”假肢的需求或许比曾经幻想的要少，这或许会扩展可穿戴机器人的时机。

　　“咱们不用受制于咱们现已知道的解决方案，”她说。“咱们能够考虑像触手臂这样的全新资料，由于这意味着大脑应该能够辨认和选用这些资料，就像曩昔十年中一直是假肢规划要点的仿生假肢相同。”

　　研讨结果还标明，用额定的四肢来增强人体的潜力更大。其间一个比如是剑桥大学的搭档和增强规划师 丹妮·克洛德 规划的机器人“第三拇指”，它被绑在小指下方的手上，并由衔接在用户大脚趾上的传感器操控。

　　“咱们不该该有六个手指，但就大脑而言，这好像是一个合理的解决方案，”马金教授说。“你能够在焊接时运用它来预备另一个东西，或许假如你正在弹吉他并且需求一个张狂的，第三拇指就用得上了。”

　　事实上，用额定手指进行练习的身体健全的参与者变得更拿手运用它，并且跟着时刻的推移发展出更大的体现感。但是，长时刻运用后大脑对手部运动功用的体现的细微改变也标明需求慎重。

　　“咱们不该该孤登时研讨这些技能，”马金教授说。“咱们有必要十分清楚增强运用对大脑的潜在副作用或约束。”

　　在众多由 Horizon 赞助的研讨中，Living Bionics 项目一直在研讨更好地整合与神经系统直接相互作用的医疗设备的办法。此类设备包含针对帕金森病的深部脑影响，以及用于医治听觉或视觉妨碍的人工耳蜗和仿生眼。

　　“当你植入一个设备时，它与周围的安排有很大的不同，”伦敦帝国理工学院的生物工程师罗伯托·波蒂略-拉拉博士说，他现在专心在这个项目上。

　　他解说说，现在许多植入物的问题在于它们运用的金属被神经系统辨以为异物。这会形成疤痕并阻隔植入物，从长远来看会危害它并产生潜在的安全问题。

　　解决方案或许是将电子设备与旨在模仿生物安排组成的载有细胞的聚合物结合起来。这些被携带在软水凝胶中，能够作为现有设备的涂层或用于制作新设备。

　　波蒂略·拉拉博士说：“咱们正在交融生物资料科学范畴的不同技能，并与神经干细胞协作，并将它们组合在一起以发明活体植入物涂层。”

　　他解说说，在组成聚合物和天然聚合物之间找到恰当的平衡至关重要。“组成聚合物具有许多优势，由于它们巩固且可猜测，”波蒂略·拉拉博士说。“天然聚合物更难运用，但更类似于细胞习气运用的东西。”

　　在实验室测验中开端运用更多组成混合物后，发现该组合物不太利于细胞成长。但跟着时刻的推移，参加更多的天然聚合物有助于终究完成功用更好的涂层。

　　“答案很简单，让它更类似于天然安排，然后细胞会体现得更好，”他说。“现在它是一举两得的。” 波蒂略·拉拉博士以为更先进的测验或许会在下一年初开端。

　　与 EmbodiedTech 相同，这项研讨对临床以外的未来技能也有影响——包含用大脑操控电动轮椅等机器。“怎么更好地与神经系统交互对脑机接口有影响，”波蒂略·拉拉博士说。

　　这意味着了解对大脑的或许影响至关重要。“咱们有必要考虑，一旦这些技能变得满足遍及，不只患者会想要承受其间一种植入物，并且一般顾客也会想要接纳这些植入物，将会产生什么。”

　　波蒂略·拉拉博士以为此类技能或许会在十年内预备就绪，虽然鉴于品德和法规方面的应战，猜测它们何时可用变得愈加扎手。

　　“这些使用几乎是无限的，”他说。“现在有许多咱们乃至无法幻想的新式使用，由于需求的技能还未呈现。”