仿生假肢研究：截肢者缺失肢体有热感

“当我用手触摸残肢时，我感到我失去的手，我的幻手发麻。但是感觉温度变化是另一回事，很重要......一些美丽的东西，“弗朗西斯卡·罗西说。

罗西是来自博洛尼亚的截肢者。她最近参加了一项研究，以测试温度反馈直接反馈到皮肤对她残余手臂的影响。她是17名感觉幻影的患者之一，由于新的EPFL技术，她的手部温度变化不大。更重要的是，她报告说感觉自己与她失去的手重新建立了联系。

“温度反馈是一种很好的感觉，因为你完全感觉到肢体，幻肢。它不再感觉幻影了，因为你的肢体回来了，“罗西继续说道。

研究人员Silvestro Micera和Solaiman Sokur一直热衷于将新的感官反馈整合到假肢中，以便为截肢者提供更逼真的触摸，他们的最新研究重点是温度。他们偶然发现了一个关于温度反馈的发现，远远超出了他们的预期。

如果你把冷的东西放在一个完整的人的前臂上，那个人会感觉到物体的温度，直接在他们的前臂上。但在截肢者中，残余手臂上的温度感觉可能会在幻影中感觉到，失去的手。

通过非侵入性地提供温度反馈，通过放置在残余手臂皮肤上的热电极(又名热电极)，像罗西这样的截肢者报告说他们的幻肢感觉温度。他们可以感觉到物体是热的还是冷的，并且可以判断他们是在接触铜、塑料还是玻璃。在EPFL，Sant'Anna School of Advanced Studies(SSSA)和Centro Protesi Inail的合作中，该技术在17名患者中的27名患者中成功进行了测试。研究结果发表在《科学》杂志上。

“特别重要的是，患者认为幻影热感觉与他们完整的手所经历的热感觉相似，”EPFL高级科学家神经工程师Shokur解释说，他是该研究的共同负责人。

迈向逼真的仿生触摸

将温度感觉投射到幻肢中导致了新的仿生技术的发展，该技术为假肢配备了非侵入性温度反馈，使截肢者能够辨别他们正在触摸的东西。

“温度反馈对于传递超越触摸的信息至关重要，它会导致感情。我们是社会人，温暖是其中的重要组成部分，“Bertarelli基金会转化神经工程，EPFL和SSSA教授Micera说，他也共同领导了这项研究。“在我的实验室进行了多年的研究表明，触摸和位置信息可以成功传递，这是第一次，我们设想了恢复自然手可以提供的所有丰富感觉的可能性。

温度反馈，从健康到假肢

几年前，Micera和Sokur得到了一个可以通过健康受试者的皮肤提供温度反馈的系统，该系统也是由EPFL开发的，并由Metaphysiks分拆出来。

Metaphysiks一直在开发神经触觉技术MetaTouch，它将身体与数字世界联系起来。MetaTouch结合了触摸和温度反馈，以增强物理产品的健康。

“这一突破突出了触觉在改善残疾人医疗条件和提高生活质量方面的力量，”Metaphysiks联合创始人兼技术主管Simon Gallo说。

洛桑联邦理工学院的神经工程师借用了MetaTouch，直接向用户的皮肤提供热反馈。有了这个装置，他们发现了热幻觉，随后在27名截肢者身上进行了测试。

Minitouch原型和测试

在这项研究中，Sokur和Micera开发了MiniTouch，这是一种提供热反馈的设备，专门用于集成到假肢等可穿戴设备中。MiniTouch由一个薄型可穿戴传感器组成，可以放置在截肢者的假肢手指上。手指传感器检测有关被触摸物体的热信息，更具体地说，是物体的导热性。

如果物体是金属的，它自然会比塑料物体传导更多的热量或冷。与截肢者残余手臂上的皮肤接触的恒温器加热或冷却，传递手指传感器触摸物体的温度曲线。

“当我们提出在幻肢上恢复温度感觉或感觉与不同材料接触的可能性时，我们获得了很多积极的反馈。最终，我们能够在不到两年的时间内招募超过25名志愿者，“负责组织Centro Protesi Inail试验临床方面的Federico Morosato说。

科学家们发现，残余手臂上的小面积皮肤投射到幻手的特定部位，如拇指或食指尖。正如预期的那样，他们发现残余臂和整个投影幻影之间的温度感觉映射对每个患者都是独一无二的。

用于修复人体的仿生假肢

大约十年前，Micera及其同事提供了关于被抓取物体的实时感官反馈。他们继续通过以可靠的方式提供有关对象纹理和位置信息的反馈来提高触摸分辨率。此外，他们发现截肢者如果将感官反馈直接提供给他们完整的神经系统，就会开始体现他们的假手。

增加的温度反馈感是朝着构建用于修复人体的仿生假肢迈出的又一步。微调温度感觉并将其集成到可穿戴设备中，可以映射到每个患者是下一步的一部分。

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