Nature：触觉重建：未来是否将彻底改变截肢患者的生活？

引言

在人类历史的长河中，技术的每一次突破都为我们的生活带来了新的可能性。而如今，随着脑-计算机接口（Brain-Computer Interface, BCI）和仿生义肢技术的迅猛发展，我们正进入一个前所未有的时代，一个触觉得以重生的时代。这些技术的进步不仅仅是在帮助瘫痪或截肢患者恢复身体功能，更是在重新赋予他们感受世界的权利。想象一下，那些失去触觉的人们重新触碰物体、感受温度的瞬间，那些久违的感觉回归，犹如黑暗中乍现的光芒。（11月12日Nature ”The quest to build bionic limbs that feel like the real thing“）

时间回到1985年，那是斯科特·英布里（Scott Imbrie）人生彻底改变的一年。一场车祸导致他的脊髓严重受损，70%的神经通路被截断，让他失去了身体部分区域的感觉与运动能力。对于英布里来说，那个瞬间似乎剥夺了他与世界的联系。然而，三十多年后的今天，得益于脑-机接口技术的突破，英布里重新找回了那份联系。他每周花四天与芝加哥大学的研究团队一起工作，进行设备的测试、调整和优化。这不仅是一次次的实验，更是一段充满希望的旅程。每一个微小的进步都意味着他能再次触碰这个世界，每一次成功的测试，都是对他生活的重新定义。

触觉重建的挑战与突破

传统的假肢技术曾经只是“运动优先”，主要通过神经信号恢复肢体的运动功能。虽然这种方式让患者获得了一些独立性，但那种生硬和不自然的感觉始终难以消除。假肢像是一件笨重的工具，远不如我们身体的一部分那样亲切自然。为了突破这个瓶颈，研究人员逐渐意识到，只有同时恢复触觉和温度的感知，假肢才能真正成为身体的一部分，才能让患者重新找到丢失已久的“身体归属感”。

2016年，研究人员们开展了一项开创性研究，通过将芯片植入控制手部的大脑区域，使一位上肢瘫痪的患者重新感受到了触觉。这是一个激动人心的时刻，不仅标志着科学上的突破，更为患者的生活质量带来了质的飞跃。研究团队进一步结合脑-机接口与机械手臂，使患者能够感受到物体的存在并进行操作，这种触觉反馈让操作变得更加精确和自然。触觉不仅仅是完成任务的辅助工具，它是一种与世界互动的方式，是对周围环境的深刻理解和共鸣。

然而，触觉的重建比想象中更加复杂。人类的体感系统（Somatosensation）由触觉、温度觉、疼痛觉和身体位置觉组成，这是一个极为复杂的网络。每一种感觉都由不同的神经通路控制，这些通路相互作用，共同构建出我们对世界的全面感知。因此，研究人员们在构建人工触觉系统时，不仅需要确保信号的精确传递，还必须考虑长期使用可能对神经造成的损伤。这些挑战让触觉恢复的研究充满了未知与可能性，但也推动着研究人员们不断前进。

电刺激：重拾触觉的钥匙

想象一下，在你的大脑中植入一个电极，通过电信号来模拟物体的形状、压力和质感——这就是电刺激技术的神奇之处。神经工程师吉亚科莫·瓦莱（Giacomo Valle）通过电极植入，让英布里成功感知到了物体边缘的触感，以及物体在指尖滑过的细微感觉。有一次，瓦莱在英布里的界面上绘制了字母，英布里惊讶地说：“这就像我小时候学着第一次触摸世界。” 这样的进展不仅是科学技术的胜利，更是对人类体验的深度重塑。

瓦莱团队的最新研究表明，通过调整电刺激的参数，可以产生更为细腻的触觉体验，比如感知物体边缘的微小触碰，甚至感觉到物体在指尖移动的细微变化。每一个电刺激的强度、频率和时间模式的调整，都是在向大脑传递一个信息，这些信息最终汇聚成一种真实的感知，使得仿生义肢的使用不再是冰冷的机械操作，而是如同生来就有的自然体验。

对于截肢患者来说，触觉的恢复还可以通过对残余神经进行电刺激实现。这种方式显著改善了患者对仿生手的控制能力，不仅使他们能够更精细地操控物体，还减少了心理上的压力。这种技术的应用，远不止于恢复功能，更是让患者重新体验与环境的互动，例如感知物体的重量、温度和质感，从而更自然地完成日常任务，重新找回生活的乐趣。

多感官融合：重建生活的完整性

触觉的恢复不仅是为了感知物体的形状和压力，温度的感知也是其中不可或缺的一部分。想象一下，如果你只能触摸到物体的硬度，却无法感知它的温度，那会是一种多么奇怪的体验。瑞士联邦理工学院（EPFL）的神经工程师索莱曼·舒克尔（Solaiman Shokur）一直致力于恢复多感官输入，让患者重新获得丰富的体感。他通过热刺激装置，让截肢患者的残肢感受到了缺失手部的温度变化。有一位患者在体验到温度时激动地表示：“这就是我一直以来缺失的部分。”

舒克尔的研究还发现，温度感知的恢复可以显著增强患者对仿生义肢的归属感。当他们能够感受到假肢的温度变化时，这种自然的反馈让他们更容易将假肢视为自己身体的一部分，进而提高了他们对假肢的使用信心。这种多感官融合的尝试让研究人员们看到了未来的可能性——触觉的恢复就像给黑白的画面涂上了色彩，让体验变得完整而生动。温度感知的恢复不仅是触觉的延伸，更是生活中不可或缺的感受。在寒冷或炎热的环境中，这种感知帮助他们做出自然而有效的反应，使生活更具温度和质感。

身体归属感与“融入感”

对麻省理工学院（MIT）的工程师休·赫尔（Hugh Herr）来说，触觉的恢复不仅是技术的挑战，更是对人类尊严的守护。赫尔本人在一场攀岩事故中失去了双腿，但这并未让他停下脚步。他相信，只有当患者真正感受到假肢成为身体的一部分时，他们才能重新找回对生活的掌控感。这种“融入感”（Embodiment）使得假肢不再是外部的工具，而是身体的延续，是一种真正的“身体归属感”。

赫尔的团队致力于通过再生神经的方法来恢复触觉，使截肢者在使用假肢行走时能够感受到地面的触碰。这种方法在动物实验中取得了显著成功，目前正在进行临床试验，初步数据显示，患者可以感受到脚趾的运动和脚跟的压力。这些进展不仅提升了患者对假肢的控制能力，也让他们能够在复杂地形中更加自如地行走。

赫尔的团队还探索了如何通过再生神经恢复关节位置觉（Proprioception），即对肢体在空间中的位置感知。位置觉的恢复意味着患者能够在没有视觉辅助的情况下，凭借自身感知来完成复杂的动作。研究表明，即便只恢复了18%的位置觉，患者也能在没有扶手的情况下上下楼梯。这种感觉就像重新找回了身体的某一部分，让他们能够更加自信地面对生活中的各种挑战。

电子皮肤：未来仿生义肢的新希望

假肢技术的最终目标是什么？或许就是让它们变得与自然肢体无异。而实现这一目标的关键之一便是“电子皮肤”（E-skin）。斯坦福大学的鲍哲南（Zhenan Bao）在这一领域做出了开创性的贡献。她提到，《星球大战》中仿生手的形象正是她的“登月梦想”，那是研究人员们对完美仿生肢体的美好愿景。

电子皮肤不仅能感知外界环境，还能与大脑中的神经信号直接对接，生成自然的触觉。通过纳米材料和电子学的结合，研究人员开发出了柔性有机晶体管，这些晶体管可以在受损后自我修复，模仿自然皮肤中的触觉受体。例如，电子皮肤可以通过集成的机械传感器读取盲文，并将其转化为神经信号，这意味着仿生手不仅可以感知物体的形状，还可以通过触觉识别文字。

尽管电子皮肤的研发仍处于早期阶段，但其潜力却是巨大的。它不仅让患者感知外界的触觉信息，还能实现更复杂的环境感知。未来，电子皮肤或许还可以具备自适应功能，根据环境的变化做出反应，提供个性化的触觉体验。鲍哲南表示，她的目标是在未来两年内将电子皮肤应用于临床，使其成为帮助截肢患者恢复触觉的重要工具。

挑战与未来

尽管脑-机接口、神经假肢和电子皮肤技术的进展令人鼓舞，但它们距离真正进入人们的日常生活还有一定距离。目前，这些技术大多停留在实验室阶段，需要昂贵的设备和专业的支持。研究人员们正在努力简化这些设备，使其在家庭环境中也能方便地使用。这种转变不仅需要技术上的突破，还需要医疗服务、政策法规等各方面的支持，以确保这些技术既经济又实用。

伦理和安全问题同样是亟需解决的挑战。随着越来越多的患者参与临床试验，如何在确保安全的同时最大化地提升患者的生活质量？如何在设备出现故障或制造公司倒闭时保障患者的权益？这些问题都是研究人员、伦理学家和政策制定者共同面对的课题。目前，患者组织和监管机构正在合作，制定相关的指导方针，以确保这些高科技设备能够真正造福患者，减少可能的风险。

未来的研究需要解决这些技术面临的挑战，包括提高设备的可靠性、降低成本以及如何将其推广至市场。同时，还需要针对不同患者的需求进行个性化设计，确保每位患者都能获得最大的益处。研究人员们相信，通过不断的技术改进和临床验证，仿生义肢的未来将更加自然，更加高效，为那些失去肢体的人们带来新的希望。

参考文献

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