截肢者在他们失去的手上感到温暖

罗西是来自意大利博洛尼亚的截肢者。她最近参加了一项研究，以测试温度反馈直接对残肢皮肤的影响。由于新的 EPFL 技术，她是 17 名感觉到她的幻影、缺失的手和温度变化的患者之一。更重要的是，她报告说感觉与她失去的手重新连接了。

“温度反馈是一种很好的感觉，因为你能完全感觉到肢体，幻肢。它不再有幻觉，因为你的肢体回来了，”罗西继续说道。

研究人员 Silvestro Micera 和 Solaiman Shokur 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感，他们最新的研究重点是温度。他们偶然发现了一个远远超出他们预期的关于温度反馈的发现。

如果你把热的或冷的东西放在一个完好无损的人的前臂上，那个人会直接在他们的前臂上感觉到物体的局部温度。但在截肢者中，可能会感觉到残臂上的温度感……在幻影中，失去的手。

通过非侵入性地提供温度反馈，通过放置在残臂皮肤上的热电极(又名热电极)，像罗西这样的截肢者报告说他们的幻肢感觉到了温度。他们可以感觉到物体是热的还是冷的，并且可以判断他们接触的是铜、塑料还是玻璃。在 EPFL、Sant'Anna 高级研究学院 (SSSA) 和 Centro Protesi Inail 的合作下，该技术在 27 名患者中的 17 名患者身上成功进行了测试。结果发表在《科学》杂志上。

“特别重要的是，幻影热感觉被患者感知为类似于他们完好无损的手所经历的热感觉，”共同领导该研究的 EPFL 高级科学家神经工程师 Shokur 解释道。

走向逼真的仿生触摸

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，它会带来感情。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主席、EPFL 和 SSSA 教授 Micera 说，他也是这项研究的共同领导者。“在我实验室多年的研究表明可以成功传递触摸和位置信息后，我们首次设想了恢复人的自然手所能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 Shokur 听说了一个可以通过健康受试者的皮肤提供温度反馈的系统，该系统也是在 EPFL 开发并由 Metaphysiks 衍生出来的。

Metaphysiks 一直在开发神经触觉技术 MetaTouch，它将身体与数字世界连接起来。MetaTouch 结合触摸和温度反馈来增强物理产品的健康。

“这一突破凸显了触觉技术在改善医疗条件和提高残疾人生活质量方面的力量，”Metaphysiks 的联合创始人兼技术主管 Simon Gallo 说。

EPFL 的神经工程师借用了直接向用户皮肤提供热反馈的 MetaTouch。通过这个装置，他们发现了热幻觉，并随后在 27 名截肢者身上进行了测试。

Minitouch 原型和测试

在这项研究中，Shokur 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，是物体的热导率。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量。与截肢者残臂皮肤接触的热电极会升温或降温，传递手指传感器触摸的物体的温度曲线。

“当我们提出在幻肢上找回温度感觉的可能性或感受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到超过 25 名志愿者，”在 Centro Protesi Inail 负责组织临床方面试验的 Federico Morosato 说。

科学家们发现，残臂上的小块皮肤会投射到幻手的特定部位，例如拇指或食指的指尖。正如预期的那样，他们发现残臂和整个投影幻影之间的温度感觉映射对于每个患者都是独一无二的。

修复人体的仿生假肢

大约十年前，Micera 及其同事提供了有关被抓物体的实时感官反馈。他们通过以可靠的方式提供有关对象纹理和位置信息的反馈，继续提高触摸分辨率。此外，他们发现，如果直接向截肢者完整的神经系统提供感官反馈，他们就会开始使用假手。增加的温度反馈感觉是构建用于修复人体的仿生假肢的又一步。微调温度感觉并将其集成到可映射到每个患者的可穿戴设备中是下一步的一部分。