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創造一個有感覺的義肢 Creating a Prosthetic Hand That Can Feel
Dustin J. Tyler
2016/04
IEEE Spectrum
IEEE Spectrum
http://spectrum.ieee.org/biomedical/bionics/creating-a-prosthetic-hand-that-can-feel
一般的義肢只有粗糙的手部控制,僅能做觸摸及簡易握住的動作,但史貝蒂克(Spectic)的義肢,卻能用指頭與拇指挑起櫻桃的蒂柄,並拿出碗中的櫻桃,幾乎是與一般正常人的手部動作一樣。史貝蒂克是在一次職業意外中,造成右手截肢,目前正參與由路易斯•斯托克斯、克里夫蘭退伍軍人醫療中心(Louis Stokes Cleveland Veterans Affairs Medical Center) 所進行的一項電子義肢(肌電裝置)的試驗,雖然他的義肢是由塑膠及金屬所做成的,但他可以藉由彎曲他右臂上的肌肉去控制義肢的動作。史貝蒂克用這個義肢已經幾年了,這個試驗是由凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)功能性神經介面實驗室的達斯汀•泰勒(Dustin J. Tyler)教授所主持的,先前他們研究團隊的羅伯特•安德森和邁克爾•基思醫師在史貝蒂克截肢的上臂肌肉內植入電極,這些電極與三條神經上的二十個位點接觸,做成觸覺系統。若研究團隊把史貝蒂克義肢上的觸覺系統打開,刺激不同的神經纖維會產生實際的臨場感,史貝蒂克就會感覺到好像是從他失去的手上傳來的感覺一樣。例如刺激神經上某一點,史貝蒂克就會感覺到好像是有人觸摸他的手掌上一樣;刺激神經上另外一點,史貝蒂克就會感覺到好像是有人觸摸他的拇指一樣;依此類推。研究團隊則把所有二十個刺激點的對應感覺,配位在義肢的對應位置上。這樣就好像是替史貝蒂克創造了一個有感覺的義肢,因此他可以感覺到握住的櫻桃蒂柄。

為了測試這種感覺是否會給史貝蒂克更好地控制自己的手義肢,研究團隊把薄膜式的力感測器裝在義肢的食指、中指、和拇指上,利用從這些力感測器觸發的信號來刺激相對應的神經。研究團隊再次看著史貝蒂克握住另一個櫻桃,這一次,他的觸感細膩,在他拉斷櫻桃蒂柄,也沒有絲毫損壞此顆櫻桃。在一系列的試驗中,若研究團隊把史貝蒂克義肢上的觸覺系統打開時,他能夠做好拿起櫻桃的成功率達93%。但若把觸覺系統關掉時,則成功率僅有43%。更重要的是,史貝蒂克說他感覺就好像他抓住了櫻桃,不僅僅是使用工具來抓住它。所以只要研究團隊把義肢上的觸覺系統打開後,史貝蒂克說“這是我的手。 研究團隊的最終目的是希望可以做出有感覺的義肢,就像失去的手一樣。而目前的目標其實已經快接近了,因為有時史貝蒂克會忘記他是失去一隻手的。現在這套觸覺系統是最基本的,只能在實驗室中使用。史貝蒂克的義肢仍然有電線伸出他的手臂,接到實驗室的電腦,使研究團隊能夠控制刺激模式。不過,這是第一次沒有手的人已經能感受到各種逼真的感覺。現在,研究團隊正在邁向研發一個完全植入式系統,在五年內希望準備好進行更多的臨床試驗。

奧地利林茲大學教授埃格(Hubert Egger),繼之前研發可用腦力控制的手部義肢後,去年(2015)也發表有感覺的腿部義肢。他請外科醫生把截肢患者的斷腿神經,重新拉到大腿皮膚底下,義肢腳底有6個感應器,當義肢踩地時,訊號會傳到義肢跟殘肢的接觸面,把訊號傳回大腦,可改善平衡,提高安全性。埃格解釋:「健康的腳是由皮膚的接受器執行此功能,但截肢顯然失去此功能,殘肢裡仍有神經,只是少了刺激。」 且截肢後大腦會不斷尋找斷肢訊號,使得大腦越來越敏感,「加上患者通常是因車禍或生病等原因截肢,大腦會不斷重現痛苦回憶。」裝上有感覺的義肢後,大腦就不用瘋狂搜尋斷肢訊息,也就不再幻肢痛。

目前人類使用的義肢只是充當假體(假手、或假的腳),這些假肢體僅僅是用在不要求高精度的任務,例如握住、托住等簡單動作。而從感測器回饋的觸覺系統,將改善使用者的控制能力、及信心,讓帶有義肢的患者從而更好地利用假體進行所有日常生活中的許多小任務。除此之外,研究團隊是希望恢復患者的人類接觸的最基本形式之一。想像一下,失去了感覺會是像甚麼?觸感在人與人的交往中, 其實是有很深的意義。研究團隊曾問史貝蒂克和其他穿戴義肢的患者,要如何改善他們的義肢問題時,他們一致認為希望當他們握住心愛的人的手時,他們會感覺得到。泰勒教授研究團的技術就是希望在將來的某一天,可以幫助這些截肢的患者實現這個非常人性化的目標---一個有感覺的義肢。
黃義侑
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