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能感受的義肢

義肢再進化:不只能動,還能感受

相信在忙不過來的時候,許多人都曾經想過要是能多一隻手或腳就好了。人類的神經與肌肉系統是非常精緻完美的系統,如果能多出一兩隻手腳,還真的會大大的改變我們生活的方式。我們的四肢質量既輕、感受靈敏、又能作出各種精細的移動,萬一失去了其中一部分,就會造成極大的不便。雖然目前市面上已有許多製作精良的輔具,但還是無法提供肢體殘障人士全面的功能。因此有許多的研究者與工程師們便致力研究,如何才能使肢體殘障礙者重獲原來的自由。

一般的義肢最不方便的地方,就是只能仰仗外力、不能夠隨心所欲地移動,這些義肢除了支撐與美觀之外,鮮少有其它的功能。然而已有研究者與工程師們突破了這個功能上的限制,研發出能夠用大腦控制的「神經義肢」(Neuroprosthetics)。神經義肢顧名思義便是用神經迴路來控制的義肢,這些神經迴路與大腦中原本就掌管動作神經的區域連接,經過一段時間的訓練之後,就可以讓人光用「想」來移動義肢,甚至可以拿取眼前的物品。
能以意念操縱義肢聽起來已經很酷了,然而,當前最尖端的研究團隊還想讓這些義肢去感覺外在世界。人體的四肢包含運動神經與感覺神經。運動神經受損,大腦無法控制肢體運動,因而限制了活動,造成生活上的極大不便;感覺神經受損,就沒辦法將外在刺激的訊息傳入大腦。必須藉由感覺神經與運動神經兩者的協調運作,我們才能隨時調整細微的肌肉運動,完成像穿針、扣鈕釦、拿取蛋糕水果等細膩的動作。

但我們要如何才能透過冰冷的機器感受到外在的溫度與物體的質地呢?目前的研究有3種取向:1.藉由斷肢所留下的神經元連結到腦部神經中樞;2.改變神經迴路連結到其他部位的皮膚;3.直接連結到中樞神經的感覺神經元受體。與斷肢所留下的神經元直接連結是個很直接的作法,目前美國猶他大學(University of Utah in Salt Lake City)與凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的兩組研究團隊都已得到初步的好結果。他們讓義肢產生細微的電流去刺激斷肢部分的神經元,受試者們都表示體驗到了栩栩如生的感覺。然而這樣的方式還是有所不足,因為這樣直接刺激的方法可能會造成某些神經元的損傷。

另外,芝加哥復健機構的仿生醫療中心(Center forBionic Medicine at the Rehabilitation Institute of Chicago in Illinois)之研究團隊也發現了另一種重獲感覺的方法。研究團隊一開始只是希望藉由胸部的運動神經元來操縱義肢,但卻發現這些胸部的肌膚可以提供仿若手部去觸摸物體的感覺。此發現提供研究者一個思考方向,也就是經過神經迴路的重整,其他部位的皮膚也可以取代斷肢來探索這個世界。然而這個方式的缺點是每個人經過神經移植之後,所出現的對應模式各不相同,沒有通則可言。上述2種方式,只適用在因外傷而失去部分肢體的殘障人士。若是因中風或中樞神經的損傷、導致周邊神經失去功能,就只能讓義肢直接與腦中的感覺神經連接,以再造真實的感覺。

芝加哥大學(University of Chicago)、杜克大學(Duke University School of Medicine in Durham,North Carolina)、與布朗大學(Brown University)的研究團隊正在研究這種方法的可行性。因為這種研究對人體具有侵入性,所以目前都是以猴子為研究對象,但猴子無法明確地表達出從義肢中獲取的感覺。初步的研究結果顯示這種方法可以讓猴子們分辨不同質地或觸覺的物體。理論上,這種方法最精準、適用性也最廣,但是,因為腦部神經的複雜度與此方法的高度侵入性,後續研發的時間可能會比前述兩種方法都還長。

在心隨意轉的神經義肢已經具體化的時代,下一步則是找回肢體的感覺。上述的研究結果已經展示了從機器中體驗到感覺的可行性,接下來的挑戰則是如何提升感覺的精確度,以及這些侵入性器材能夠耐用的年限等等。隨著技術的精進,在10年或20年內我們可能就可以從機器中體驗到仿若真實的觸覺,而機械與肉體的差異也將逐漸降低。

類別 :[科學][人文科學][技術][醫藥行業]
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