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在現代，義肢可以通過用戶的意念控制，借助人工智能輔助，并減輕幻肢痛的發作。理解如何通過義肢喚起感覺至關重要，因為四肢和附肢不僅僅是機械工具。觸覺使人們能夠感知經驗，缺乏觸覺將導致與外界的脫節。
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追溯到古埃及，已知最早的義肢之一被稱為“開羅腳趾”，它展示了超越裝飾性的跡象。盡管距今已有3000年的曆史，這些由木材和皮革制成的手指在設計時考慮到了靈活性，表明它們不僅外觀出眾，還提供了實用功能。
自那時起，人們一直在不斷尋找方法來改善截肢患者的生活質量。早在15世紀，工程師們就開始將繩索、齒輪和彈簧等機械元素融入義肢中，以便人們能夠抓取物體和彎曲關節，盡管當時的功能還有限。義肢設計旨在執行特定任務，例如拿盾牌或演奏鋼琴。隨着對材料如橡膠、塑料和輕金屬的發現，人們對義肢變得更加滿意。
在現代，義肢可以通過用戶的意念控制，借助人工智能輔助，并減輕幻肢痛的發作。理解如何通過義肢喚起感覺至關重要，因為四肢和附肢不僅僅是機械工具。觸覺使人們能夠感知經驗，缺乏觸覺將導致與外界的脫節。
盡管工程師在通過義肢實現觸覺反饋方面取得了令人印象深刻的進展，但對其他感覺的研究相對較少。EPFL的貝爾塔雷利基金會轉化神經工程主席表示：“溫度是恢復機器人感覺的最后前沿之一。這是我們第一次真正接近恢復截肢者的全部感覺。”
研究團隊正在開發一種能夠實現這一目標的設備。他們最近在《醫學》雜志上發表的最新研究表明，這一設備不僅可以幫助人們區分溫度，還可以與現有的義肢配對。他們將這項技朮稱為“MindTouch”，之前的一項研究解釋了它如何利用“幻熱感覺”。
MindTouch的原理
幻覺（又稱幻肢症候群）是指缺失的肢體仍然產生感覺的現象。例如，如果一個人的手被截肢，他們有時可能會感覺到缺失的手在移動，甚至被觸摸。據相關數據顯示，大約60至80%的截肢者表示有幻覺，對某些人來說，這些幻覺甚至可能帶來疼痛。
然而，MindTouch利用幻覺來發揮其優勢。這一過程首先由研究人員繪制截肢者殘肢的圖像，以確定在經曆熱或冷刺激時可靠引發幻覺的區域。通過几次繪圖過程，他們確定了最能持續引發幻覺的區域。接下來，他們使用一種名為“thermode”的裝置對使用者的義肢進行改造。熱電極放置在殘肢的特定區域，向殘肢的神經發送溫度信號。這些溫度信號由安裝在義肢指尖的傳感器接收。
在當前的研究中，研究人員尋求了一名已接受過橈動脈截肢手朮的57歲男性的幫助。參與者報告存在輕微的幻肢痛或無幻肢痛。在超過130天的時間里，研究人員進行了熱圖繪制，然后通過MindTouch增強了參與者的義肢。隨后，他們進行了一系列測試，以確定他是否能感知到溫度變化。正如研究的一位參與者所解釋的那樣：“對我來說最令人印象深刻的是，當實驗者將傳感器放置在自己的身體上時，我可以通過我的幻覺感受到另一個人的溫暖。”
在第一項測試中，參與者被要求將假手放置在三個難以區分的棕色瓶子周圍，這些瓶子裝有熱水、冷水或溫水。第二項測試要求參與者在閉上眼睛的情況下辨別銅、玻璃或塑料板。另一項閉眼測試要求他判斷自己是否觸摸到真人手還是人造硅膠手。第四次也是最后一次測試，讓他對相同的不鏽鋼立方體進行分類，這些立方體有的是熱的，有的是冷的。“我們的目標是開發一種整合觸覺、本體感覺和溫度感覺的多模態系統，”洛桑聯邦理工學院的神經工程師研究作者向外界表示。“有了這種類型的系統，人們將能夠告訴你‘這是又軟又熱’，或者‘這是又硬又冷’。”
MindTouch讓患者重新感知
在使用MindTouch的情況下，參與者在瓶子測試中取得了出色的成績，准確率達到了100%。在蒙眼測試中，他能夠觀察到更微小的溫度差異，在80%的時間內正確區分了真人手和人造手，在67%的時間內正確地區分了各種材料，并且輕松地區分了塑料和銅。最后，在不同區塊的排序過程中，他正確放置了153個區塊中的114個，准確率為64%。在所有這些測試中，當MindTouch關閉時，他的准確度下降到了偶然水平。在瓶子分類測試中，僅為33%。
有趣的是，在兩項測試（瓶子和材料分類）中，他使用MindTouch的表現與使用完好無損的手的表現一樣出色。相比之下，義肢的測試涉及握手測試。研究人員認為，其他觸覺，例如皮膚紋理，也可能造成了差異。
總的來說，熱覺在400天內保持穩定，并且由於該設備是非侵入性的，因此沒有記錄到任何不良影響。
展望未來，該團隊希望將他們的研究擴展到更大的群體，并確定氣溫和溼度等實驗室外因素如何影響MindTouch。他們還指出了一些需要克服的挑戰，其中最主要的是設計一種方法來整合多個熱電極，以喚起某人幻觸的較大部分。他們還需要找到一種方法來小型化電池和控制器單元，以更方便用戶使用。
“但這些挑戰是值得付出努力的，因為長期使用熱假手可以為義肢使用者打開全新的視角。我們第一次可以設想恢復自然感覺的多模式調色板的可能性。”研究團隊對外表示。
