你可能不用看就可以用手完成很多任务。但是，如果你戴上手套，让你的触觉变得模糊，那么许多简单的任务就会变得令人沮丧。没有了本体感觉——你感知身体相对位置和运动的能力——你甚至可能会打碎一个物体或伤到自己。
“大多数人没有意识到他们是多么频繁地依靠触觉而不是视觉——打字、走路、拿起一杯薄薄的水，”芝加哥大学的神经科学家查尔斯·格林斯彭博士说。“如果你没有感觉，你在做任何事情的时候都必须时刻注意自己的手，你仍然有打翻、压碎或掉东西的风险。”
最近，Greenspon和他的研究合作者在《自然生物医学工程与科学》上发表了论文，记录了一项旨在解决这一问题的技术的重大进展：对大脑进行直接、精确定时的电刺激，可以重现触觉反馈，给假手带来细微的“感觉”。
这些新的研究建立在芝加哥大学、匹兹堡大学、西北大学、凯斯西储大学和贝莱德神经科技公司的科学家和工程师多年合作的基础上。他们一起设计、建造、实施和改进脑机接口（bci）和机器人假肢，旨在恢复失去重要肢体功能的人的运动控制和感觉。
在芝加哥大学方面，这项研究由神经科学家Sliman Bensmaia博士领导，直到他在2023年意外去世。
研究人员的假肢感知方法包括在大脑中负责移动和感觉手的部分放置微小的电极阵列。在一边，参与者可以通过简单地思考动作来移动机械手臂，而在另一边，机械手臂上的传感器可以触发大脑中负责触摸的部分的称为皮质内微刺激（ICMS）的电活动脉冲。
格林斯本解释说，在大约十年的时间里，这种对触摸中心的刺激只能在手上的不同地方提供一种简单的接触感。
他说：“我们可以唤起你触摸东西的感觉，但这主要是一个开/关的信号，而且通常很弱，很难分辨手部的接触发生在哪里。”
新发表的结果标志着突破这些限制的重要里程碑。
在发表在《自然生物医学工程》上的第一项研究中，格林斯彭和他的同事们专注于确保电唤起的触觉稳定、精确定位，并且足够强大，可以用于日常任务。
通过向参与者的触摸中心的单个电极发送短脉冲，并让他们报告他们感受到每种感觉的位置和强度，研究人员绘制了与手的特定部位相对应的大脑区域的详细“地图”。测试显示，当两个相距很近的电极同时受到刺激时，参与者会感到更强烈、更清晰的触感，这可以提高他们定位和测量手部正确部位压力的能力。
研究人员还进行了详尽的测试，以证实相同的电极能够始终如一地产生与特定位置相对应的感觉。
“如果我在第一天刺激一个电极，参与者在他们的拇指上感觉到它，我们可以在第100天，第1000天，甚至许多年后测试同一个电极，他们仍然在大致相同的位置感觉到它，”这篇论文的主要作者Greenspon说。
从实用的角度来看，任何临床设备都需要足够稳定，以便患者在日常生活中依赖它。一个不断改变其“触摸位置”或产生不一致感觉的电极将令人沮丧，需要经常重新校准。相比之下，这项研究揭示的长期一致性可以让假肢使用者对他们的运动控制和触觉产生信心，就像他们对自己的天然肢体一样。
《科学》杂志的补充论文进一步使人工触摸更加身临其境和直观。该项目由第一作者Giacomo Valle博士领导，他曾是芝加哥大学的博士后，现在在瑞典查尔姆斯理工大学继续他的仿生学研究。
“大脑中相邻的两个电极不会产生将手‘平铺’成整齐的小块的感觉；相反，感觉位置重叠，”Greenspon解释说，他与Bensmaia共同担任这篇论文的高级作者。
研究人员决定测试他们是否可以利用这种重叠的性质来创造感觉，让用户感受到物体的边界或物体在他们皮肤上滑动的运动。在确定了“触摸区域”重叠的电极对或电极簇之后，科学家们以精心安排的模式激活它们，以产生在感官地图上发展的感觉。
参与者描述说，尽管刺激是以小而离散的步骤传递的，但他们感觉到一种轻柔的滑触平滑地从手指上滑过。科学家们将这一结果归因于大脑的非凡能力，即通过“填补”感知上的空白，将感官输入拼接在一起，并将其解释为连贯的、感人的体验。
顺序激活电极的方法也显著提高了参与者区分复杂触觉形状和对他们触摸的物体变化做出反应的能力。他们有时可以在指尖上用电“描摹”出字母表中的字母，当方向盘从手中滑落时，他们可以使用仿生手臂来稳定方向盘。
这些进步有助于使仿生反馈更接近自然触觉的精确、复杂和自适应能力，为假肢能够自信地处理日常物品和对变化的刺激做出反应铺平了道路。
研究人员希望，随着电极设计和手术方法的不断改进，整个手部的覆盖范围将变得更加精细，从而实现更逼真的反馈。
“我们希望将这两项研究的结果整合到我们的机器人系统中，我们已经证明，即使是简单的刺激策略也可以提高人们用大脑控制机械臂的能力，”合著者罗伯特冈特博士说，他是匹兹堡大学物理医学和康复副教授，也是刺激工作的负责人。
Greenspon强调，这项工作背后的动机是提高肢体丧失或瘫痪患者的独立性和生活质量。
他说：“我们都很关心生活中受伤失去肢体的人，这项研究就是为他们而做的。”“这就是我们如何恢复人们的接触。这是恢复性神经技术的前沿，我们正在努力将这种方法扩展到大脑的其他区域。”
这种方法也为其他类型的感觉丧失患者带来了希望。事实上，该小组还与芝加哥大学的外科医生和产科医生合作开展了“仿生乳房项目”，该项目旨在生产一种可植入的装置，可以在乳房切除术后恢复触觉。
尽管仍有许多挑战，但这些最新研究提供的证据表明，恢复触觉的道路正变得越来越清晰。随着每一组新发现的出现，研究人员越来越接近这样一个未来：假肢身体部位不仅是一个功能工具，而且是一种体验世界的方式。
