神经科学和工程学的进步给卢克·天行者(Luke skywalker)式假肢带来了巨大的希望:这种机器人装置几乎与人类的肢体没有区别。解决这一挑战的关键是设计出不仅能根据用户自身的神经活动操作的设备，而且还能准确无误地接收和传递感官信息给用户。
芝加哥大学和查尔默斯科技大学的神经科学家在12月22日发表在《细胞报告》杂志上的一项新研究强调了要证明这一点是多么困难。在三个被截肢的肢体被替换为神经肌肉骨骼假肢的受试者中，研究人员发现，即使在使用了一整年的设备后，参与者的主观感觉从未改变，以匹配他们的假肢设备上的触摸传感器的位置。
触觉的稳定性突出了神经系统适应不同感觉输入能力的极限。
三名肘部以上截肢的参与者装备了高科技的神经假体设备，这些设备被直接固定在他们的肱骨上。用户可以通过植入在手臂残留肌肉的电极接收到的信号来控制假体设备，并通过另一组植入电极接收感官反馈。位于假体拇指上的传感器触发神经刺激，进而产生触觉。
然而，由于神经的组织本质上是任意的，外科医生不能确定他们放置电极是否会在拇指的正确位置产生感觉。在这项研究中，假肢使用者没有报告拇指有这种感觉，而是在其他手部部位，如中指或手掌。
然后参与者每天戴着假肢12个小时以上，每天都戴着，在超过一年的日常生活中，他们用它来操纵物体。
”与当前神经电极的一个问题是,你不能告诉在植入手术的哪一部分神经对应什么感觉,所以电极并不总是完全的土地位置匹配的神经假肢手的位置传感器,”主要作者和开发人员说neuromusculoskeletal假肢马克斯•奥尔蒂斯加泰罗尼亚查尔默斯科技大学仿生学副教授，瑞典哥德堡仿生学和疼痛研究中心主任。
他继续说:“我们希望，由于患者在几个月的时间里，每天都在抓东西，然后在手上的其他地方感觉到这种感觉，大脑可以通过将感知到的感觉转移到拇指来解决这种不匹配。”
尽管在与物体互动时能够观察到自己的手，但没有一个使用者报告说他们在拇指上有这种感觉，而是这种感觉在最初感觉的同一区域持续存在。
在一年的时间里，这些受试者每天都看到他们的假拇指触摸东西，并在不同的地方感觉到它——有时靠近大拇指，但不是在它上面——这种感觉从未改变。芝加哥大学詹姆斯和凯伦·弗兰克家族的生物生物学和解剖学教授斯里曼·本斯玛亚说。
这些结果挑战了现有的关于肢体丧失后大脑可塑性的教条。许多人相信，在失去感官输入后，大脑有很强的自我重组能力，将现有的、未使用的脑组织用于其他目的。
本斯玛亚说:“人们一直认为，神经系统是可塑的，所以如果你看到的和感觉之间不匹配，这是神经重新映射的好机会。”“例如，如果你把两个手指缝在一起，看看大脑是如何表现的，它们似乎已经融合在一起了。”
“但我认为这种观点被过分夸大了。这更像是你在重新整理一个房间，而更像是你在听到一个空房间里回响的声音。”“你可能会从邻近的肢体得到一些重叠的感觉，但这只是因为大脑用来回应感觉的区域是空的，激活它周围的神经元可以在空的区域产生回声。”
这项研究强调了在为使用这类神经假体设备的患者植入感觉阵列时，确切知道电极放置位置的重要性，因为大脑似乎不太可能对其感知感觉输入的方式做出实质性调整。“这意味着你真的必须把它做好，”Bensmaia说。“这里没有重来的机会。”
该研究的其他作者包括仿生学和疼痛研究中心的恩佐·马斯蒂努、瑞典查尔默斯理工大学和芝加哥大学的查尔斯·格林斯彭。
引文:“长期使用敏感仿生手并不能重新映射触觉。Catalan等人，细胞报告，2020年12月22日。DOI: 10.1016 / j.celrep.2020.108539
资助:Promobilia基金会、IngaBritt和Arne Lundbergs基金会、VINNOVA、瑞典研究委员会(Vetenskapsradet)、欧洲研究委员会和NINDS。
-这个故事最初由芝加哥医科大学发表。