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机器手指:干活更省力,大脑更认同

设计师Dani Clode和“第三拇指”。

近日,英国伦敦大学学院(UCL)的科学家们在《科学机器人》杂志上报告称,通过训练参与者使用“第三拇指”(机器假肢),可以帮助他们有效地完成一些精细任务。在完成任务的过程中,参与者会越来越认同机器拇指,将它当作自己身体的一部分,他们大脑中的手部表征也受到了影响。

研究小组的核心成员、设计师Dani Clode开发了“第三拇指”设备。现在,她与由UCL的Tamar Makin教授领导的神经科学家团队合作,试图重塑大众对假肢的看法――从替代失去的功能到增强原有的功能。Makin教授说:“身体增强是一个不断发展的领域,其目的是拓展我们的身体功能。但我们对大脑如何适应它缺乏清晰的了解。通过观察机器拇指的使用表现,我们试图回答一些关键问题,如:人脑能否支持身体的额外部位?这项技术将如何影响我们的大脑?”

在本次研究中,机器拇指由3D打印机打印,佩戴在小拇指旁。佩戴者可通过安装在大脚趾下方的压力传感器对其进行控制。共有20名参与者接受了为期5天的机器拇指使用培训,另外10名对照组参与者在完成同样的训练时佩戴静态拇指。在日常训练中,前者很快学会了使用机器拇指,并且成功提高了运动控制、灵活性和手-拇指的协调能力。他们甚至可以在分心时(或蒙眼时)使用拇指。

设计者Dani Clode说:“我们的研究表明,人们可以很快学会控制增强设备,并不需要过度思考就能完美操控它。当使用机器拇指时,人们改变了自然的手部动作,并感觉机器拇指就像是自己身体的一部分。”

在训练前后,研究人员分别用功能磁共振成像扫描了参与者的大脑。当参与者单独移动手指时,研究人员在他们的大脑感觉运动皮层中发现了微妙的变化。原本,每个手指在大脑中都有不同的表征,但此刻,参与者每个手指对应的大脑活动模式变得更加相似了。一周后,研究者再次扫描了参与者大脑,结果表明,其大脑手部区域的变化已经消退。这表明相关变化并不会长期存在。

论文第一作者、伦敦大学学院认知神经科学研究所的Paulina Kieliba说:“身体增强技术有着极大的社会应用价值,将来不仅可以帮助外科医生完成手术,还能帮助工人高效工作。为了实现这一目标,我们需要继续研究增强设备如何与大脑互动的问题。”

Makin教授补充道:“进化并没有让我们准备好使用额外的身体部位。我们已经发现,要以意想不到的新方式扩展我们的能力,大脑将需要适应生物身体的新表征。”

科界原创

编译:花花

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《科学机器人》

期刊编号:2470-9476

原文链接:

https://techxplore.com/news/2021-05-robotic-thumb-brain-representation.html

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