身体和大脑排异是第一步，最难的是在接受仿生义肢和植入物后，人对自我认同、身份认同的接纳...一个漫长的过程。
不久前，一些公司提出的仿生人概念似乎有些牵强，但可穿戴的机器人套装、大脑控制的仿生肢体和意念控制的轮椅现在正在积极开发中。人机融合的梦想离我们更近了。
“对于机器人技术和进步来说，这是一个非常激动人心的时刻，”英国剑桥大学的认知神经科学家 塔马尔· 马金教授说。“我们正在看到科幻级别的仿生肢体和开箱即用的假肢设计，这些假肢看起来不像身体部位。”
对于某些人来说，这似乎是一个有点令人不安的想法。显然，可穿戴机器人和仿生植入物作为医疗设备可以带来多种好处，例如改善假肢。但除此之外，仿生学和可穿戴机器人技术可能会提高人们在工作场所的能力并提高生产力。
鉴于如此迅速的进步，马金教授说，问题在于人体和大脑如何适应和吸收这些设备。她说：“我觉得这个讨论中经常忽略的一大层面是，用户的大脑和认知如何与人造身体部位相关联。”
马金教授领导了 Horizon主导EmbodiedTech（体现科技） 项目，以探索人类大脑如何有效地支持人造身体部位等问题。此外，大脑在多大程度上开始将假肢识别为人体的一部分？这需要多大程度上依赖于它看起来像一个真正的肢体？大脑如何实现来自肢体的反馈？
可穿戴机器人
回答这些问题是使可穿戴机器人技术尽可能用户友好并帮助确保我们的大脑能够处理这些问题的关键。一些估计表明，多达一半的截肢者不经常使用他们目前的假肢，这表明存在改进的余地。
马金教授的团队进行的一项研究使用了功能性磁共振成像 (fMRI) 对失去一只手的人和两只手的人进行了研究。他们发现，人们使用假肢的频率越高，与识别手相关的大脑区域对假肢图像的反应就越强。
假肢使用者在允许人们识别和控制手的区域之间也有更强的神经联系，这表明大脑已经适应了自己来融合假肢。
另一项研究发现，普通假肢使用者的大脑似乎将假肢表示为与手或工具不同的类别。这是因为它在真手假肢和非真手的假肢（例如机械挂钩）之间的反应比在这些假肢和手或工具之间的反应更相似。
“不同类型的假肢具有相似的表现，因此它们被归为一类，”马金教授说。“大脑绝不会被欺骗将这些假肢与生物手联系起来。”
触手武器
马金教授说，这一发现意味着完全“体现”假肢的需求可能比以前想象的要少，这可能会扩大可穿戴机器人的机会。
“我们不必受制于我们已经知道的解决方案，”她说。“我们可以考虑像触手臂这样的全新材料，因为这意味着大脑应该能够识别和采用这些材料，就像过去十年中一直是假肢设计重点的仿生假肢一样。”
研究结果还表明，用额外的四肢来增强人体的潜力更大。其中一个例子是剑桥大学的同事和增强设计师 丹妮·克洛德 设计的机器人“第三拇指”，它被绑在小指下方的手上，并由连接在用户大脚趾上的传感器控制。
“我们不应该有六个手指，但就大脑而言，这似乎是一个合理的解决方案，”马金教授说。“你可以在焊接时使用它来准备另一个工具，或者如果你正在弹吉他并且需要一个疯狂的和弦，第三拇指就用得上了。”
事实上，用额外手指进行训练的身体健全的参与者变得更擅长使用它，并且随着时间的推移发展出更大的体现感。然而，长时间使用后大脑对手部运动功能的表现的轻微变化也表明需要谨慎。
“我们不应该孤立地研究这些技术，”马金教授说。“我们必须非常清楚增强使用对大脑的潜在副作用或限制。”
人机接口
在众多由 Horizon 资助的研究中，Living Bionics 项目一直在研究更好地整合与神经系统直接相互作用的医疗设备的方法。此类设备包括针对帕金森病的深部脑刺激，以及用于治疗听觉或视觉障碍的人工耳蜗和仿生眼。
“当你植入一个设备时，它与周围的组织有很大的不同，”伦敦帝国理工学院的生物工程师罗伯托·波蒂略-拉拉博士说，他目前专注在这个项目上。
而今“我们正在尝试设计这些可植入设备和生理组织之间的界面。”
他解释说，目前许多植入物的问题在于它们使用的金属被神经系统识别为异物。这会造成疤痕并隔离植入物，从长远来看会损害它并产生潜在的安全问题。
解决方案可能是将电子设备与旨在模拟生物组织组成的载有细胞的聚合物结合起来。这些被携带在软水凝胶中，可以作为现有设备的涂层或用于制造新设备。
植入物涂层
波蒂略·拉拉博士说：“我们正在融合生物材料科学领域的不同技术，并与神经干细胞合作，并将它们组合在一起以创造活体植入物涂层。”
他解释说，在合成聚合物和天然聚合物之间找到适当的平衡至关重要。“合成聚合物具有许多优势，因为它们坚固且可预测，”波蒂略·拉拉博士说。“天然聚合物更难使用，但更类似于细胞习惯使用的东西。”
在实验室测试中开始使用更多合成混合物后，发现该组合物不太利于细胞生长。但随着时间的推移，加入更多的天然聚合物有助于最终实现功能更好的涂层。
“答案很简单，让它更类似于天然组织，然后细胞会表现得更好，”他说。“现在它是两全其美的。” 波蒂略·拉拉博士认为更先进的测试可能会在明年初开始。
与 EmbodiedTech 一样，这项研究对临床以外的未来技术也有影响——包括用大脑控制电动轮椅等机器。“如何更好地与神经系统交互对脑机接口有影响，”波蒂略·拉拉博士说。
大脑效应
这意味着了解对大脑的可能影响至关重要。“我们必须考虑，一旦这些技术变得足够普及，不仅患者会想要接受其中一种植入物，而且普通消费者也会想要接收这些植入物，将会发生什么。”
波蒂略·拉拉博士认为此类技术可能会在十年内准备就绪，尽管鉴于道德和法规方面的挑战，预测它们何时可用变得更加棘手。
“这些应用几乎是无限的，”他说。“目前有很多我们甚至无法想象的新兴应用，因为需要的技术还未出现。”
原文：GARETH WILLMER
编译：CyberDaily
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