当一个人失去手或腿时，他们不仅失去了抓住物体或行走的能力，还同时失去了触摸和感知周围环境的能力。假肢可以恢复一些运动控制，但它们通常无法恢复感觉。现在，最近发布在预印本服务器bioRxiv上的一项初步研究表明，通过模仿神经的活动，植入腿部剩余部分的装置可以帮助截肢者在行走时“感觉”，使他们能够更快，更有信心地移动。

“这是一项非常优雅的研究，”犹他大学神经工程师雅各布乔治说，他没有参与这项研究。因为实验从计算模型到动物模型，最后是人类模型，他说，“这项工作真的很有影响力，因为它是第一批以整体方式完成的研究之一。

有假肢的患者通常很难适应。一个大问题是他们无法准确控制设备，因为他们无法感受到施加在物体上的压力。例如，手和手臂截肢者更容易掉落或折断东西。结果，一些截肢者拒绝使用这种假肢。

过去几年里，这些研究人员一直在研究给假肢感觉，这些假肢提供更自然的感觉反馈，既有助于更好地控制设备，又能让他们重新获得机器人肢体的代理感。在2019年的一项重要研究中，乔治和他的团队表明，所谓的仿生反馈，即旨在类似于触摸产生的自然信号的感官信息，使失去手的患者能够更精确地抓住鸡蛋和葡萄等易碎物体。

但此类研究仅限于单个患者。他们还留下了许多未回答的问题，即这种反馈究竟如何帮助运动控制并改善假肢的使用。

因此，在这项新工作中，研究人员使用了一种计算机模型，该模型重现了足部神经对不同输入（例如感觉压力）的反应。目标是创造自然的神经活动模式，当用脚或走路感知某物时可能发生。

科学家们首先在猫的实验中测试了这些模式。他们使用该模型将电脉冲模式传递到动物脚部的周围神经，同时记录从这些神经接收输入的脊髓神经元的活动。正如他们所希望的那样，脊髓神经元对模型仿生刺激的反应看起来与猫对实际触摸的反应相似 - 例如用棉签擦拭猫的爪子。

为了在人类身上测试这种方法，研究人员将一种装置植入了三个下肢截肢者的腿上。该设备包括一个传感器，用于记录行走过程中机器人脚的压力信息以及植入腿部周围神经的电极。它有效地“感知”行走的感觉，并将这些信息传递到截肢者的神经系统，试图模仿与行走相关的感觉。

为了观察哪种类型的刺激感觉更自然，研究人员应用了来自模型的仿生刺激或稳定的电脉冲流。参与者认为仿生刺激感觉更自然。当他们得到稳定的脉搏流时，“他们会说'我觉得我的腿入了电'，我们当然想避免，”苏黎世联邦理工学院的神经工程师斯坦尼萨·拉斯波波维奇（Stanisa Raspopovic）说。

截肢者在仿生刺激下走上楼梯的速度比在持续刺激下更快，每次训练都能多完成大约半圈的电路。当任务结束后被问及时，参与者说他们在自然刺激下行走时感到更自信。最后，当研究人员要求志愿者在走路时向后拼写一个五个字母的单词时，在仿生刺激期间，他们的拼写准确率提高了约20%。这可能是因为注意力是一种有限的资源，拥有更自然的感觉假肢可以打开思维去关注其他事情，犹他大学的神经工程师格雷戈里克拉克说，他没有参与这项研究。

拉斯波波维奇希望他的团队和其他人能够继续改进这项技术。乔治指出，目前的手部假肢只能针对手部10万多条神经中的几百条，这限制了它们的作用。 “想象一下，你是一位才华横溢的画家，你有惊人的视野，但你唯一能用的就是黑白颜料。“

更详细地了解神经系统如何检测和传达触摸的不同方面可能有助于进一步完善此类设备。例如，克拉克说，压力、疼痛和温度等感觉可以帮助研究人员创造一种更接近现实的感官体验，并最终感觉与失去的肢体相同。“就是这个想法——你希望人们再次感到完整。