触觉是人们难以形容但又习以为常的一种感觉，但对于截肢患者而言，他们不仅失去了肢体，还丧失了触摸所带来的体验。虽然高精密的人造手指和关节几乎可以模拟每一只手的运动，但是对于使用者而言，它们缺乏引导每一个动作的触觉体验。这种感觉上的空虚导致人们放弃使用这些昂贵的人造假体。那么为什么不制造一个真正能够“感受”其环境的假体呢？

这正是来自佛罗里达大西洋大学（FAU）和犹他大学医学院的跨学科研究小组的目的所在。他们正在开发一种史无前例的生物工程机械手，它将长大并适应其环境。这个“活的”机械手将拥有自己的外围神经系统，能直接连接机械手传感器和执行器。FAU工程与计算机科学学院领导的多学科小组已经获得了美国国家卫生研究院（NIH）生物医学成像和生物工程研究所四年130万美元的资助。

凭借在机器人、生物工程、行为科学、神经再生、电生理学，微流体装置和骨外科方面的专业知识，研究团队正在创建一条从机械手的触觉传导到使用者大脑的途径，以帮助截肢者控制机械手。一个神经假体平台将使他们能够探索神经元和行为如何协作并使假肢重新产生触觉。

该项目的核心是FAU工程与计算机科学学院BioRobotics实验室开发的先进的机械手臂。就像人类的指尖，机械手配备了众多的感应器，响应环境的变化。由人类控制，它可以感知压力变化、解释所接收到和与各种物体进行交互的信息。它根据物体的重量或脆性来调整抓取力。但真正的挑战是如何将这些信息通过断肢上残余的神经通路传递给大脑，以取代那些被创伤损伤或破坏的信息。

首席研究员、FAU海洋与机械工程系副教授、FAU生物机器人实验室主管Erik Engeberg博士说，当外周神经被切断或损坏时，它会利用触觉受体创造的丰富的电活动来恢复自身。我们想要考察指尖感应器如何帮助受损或被切断的神经再生。为了做到这一点，我们将直接将这些活体神经在体外连接起来，然后每天用机械手的传感器对它们进行电刺激，以观察神经是如何生长和再生的，而机械手是由断肢患者操作的。

为了研究，神经元不会以传统方式保存在培养皿中。相反，他们将被放置在生物相容的微流体室中，提供一种模仿活细胞基本功能的培育环境。共同首席研究员、微流体新兴领域的专家Sarah E. Du博士开发了这些具有嵌入式微电极的微小定制人工腔室。研究小组将用机器人手中的电脉冲来刺激神经元，以帮助在受伤后再生。

共同首席研究员、神经损伤和再生专家Jianning Wei博士将在体外培养神经元，观察它们的生长，看看他们如何在损伤后进行补救和再生。这种“虚拟”方式在不会对受试者造成任何伤害的同时，给研究团队更多机会反复测试神经。

电生理学、神经、行为和认知科学专家Emmanuelle Tognoli博士使用脑电图（EEG）检测大脑中的电活动，将考察机器人传感器传递的触觉信息如何传递到大脑，以区分触摸感功能恢复成功或失败的场景。她的目标是：了解行为如何帮助神经再生，以及这种神经再生如何帮助行为。

一旦来自机器人触觉传感器的神经冲动已经通过微流体室，它们将被送回到操作机械手的截肢者，这通过一个特殊的装置来完成。该装置将来自微流体室的信号转换成截肢者手臂其余部分上的可控压力。截肢者会知道他们是否过度挤压物体或者是否失去抓取力。

Engeberg还与擅长手部矫形手术的犹他大学医学院骨科教授Douglas T Hutchinson博士合作。他们正在研究一系列的任务和行为神经的表现指标，最终将揭示如何通过机器人装置促进截肢者和肢体缺失者的正常感觉。该项研究能够帮助患者在截肢后恢复运动功能，还可能广泛应用于其他形式的神经外伤，如卒中和脊髓损伤。

（环球医学编辑：石 岩）

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