@ 2024.02.08 , 07:03

为什么义肢不必看起来像真的

通过实验性设计,设计师正在尝试使用触角、尖刺和第三只拇指等新颖的义肢。

模特Kelly Knox配戴了一只从左肘延伸出来的义肢触角,这展现了这种与众不同的义肢。Kelly Knox是一位英国模特兼残障权利倡导者,她出生时便左臂缺失。从她的臂起点开始,数十个类似脊椎的结构延伸形成了一根又长又柔软的触角。

这支义肢非常引人注目。它也很灵巧。Kelly Knox可以通过鞋子里的压力传感器控制其运动,这些传感器可以无线连接到这支义肢。人工肌腱可以收紧或放松,使得触角可以伸长和抓握。这支名为VINE 2.0的义肢将在今年晚些时候在拉斯维加斯的Luxor酒店和赌场上的“身体展”中展出。

这支义肢由艺术家Sophie de Oliveira Barata和设计师、工程师Dani Clode设计。尽管它只是一件艺术作品,但它是受到了神经科学领域一些有趣的最新进展的启发,这些进展表明,至少从第一神经原则出发,义肢无需看起来或行为像取代的生物肢体。

有关神经科学家和义肢制造商感兴趣的一项现象被称为“体验法”,它是大脑如何认同所在身体,并决定什么是“自我”和什么是“他者”的方式。

有时,体验法会出问题。根据几篇论文的数据,全球60%至80%的截肢者在截肢后的数年间持续感受到他们失去的肢体的存在。“幽灵肢体综合征”(PLS)表明大脑对身体边界的认知并不总是符合物理现实。

长期以来,义肢制造商一直希望利用体验法使他们的设计感觉像是身体的延伸,而不是附在身体上的外来物体。对于使用镜子来制造缺失肢体仍在存在的幻象的治疗方法,提示了,如果义肢与取代的肢体形态和功能相同,大脑可能会被说服感到这是自己的一部分。

但是科学家对体验法的理解开始起了变化。2018年和2020年,剑桥大学塑性实验室的神经科学家Tamar Makin进行了一系列实验,使用功能磁共振成像技术,记录不同部位的大脑血流,以探寻单手截肢者的大脑。

Makin博士让截肢者看了三种不同类型物体的图片:生物手、义肢和刷子、勺子等手持工具。通过比较受试者大脑的反应部位,Makin博士希望能确定大脑是将义肢解释为类似生物手还是更像工具。

让Makin博士感到意外的是,答案似乎既不是这个,也不是那个。她表示,大脑“将义肢完全归类为自己独特的一个类别,与其他类别完全不同”。而且,无论这支义肢是仿生的,被设计成像有机手一样,还是功能性的,无论是复杂的机器人版本,甚至是一个简单的勾钩。

这并不意味着义肢不能进行体验。许多截肢者报告表示在一定程度上将其义肢视为自己的一部分。但这表明,一个义肢是否体验并没有太多与它是否看起来像生物手或腿有关。这对义肢的设计有一些含义,其中一个是开放各种材料、颜色和形式的创新。这就是Sophie de Oliveira Barata公司的做法。她运营的Alternative Limb Project(ALP)是一家制造定制义肢的英国工作室。拥有化妆和特效背景的de Oliveira Barata以为截肢者制作逼真的义肢开始。但她与一个决定让替代腿部覆盖卡通人物的小女孩的项目改变了她的观点。

现在,ALP为其客户制作令人印象深刻、高概念的义肢。其首个命令来自维多利亚·莫德斯塔,她的腿在膝盖以下被截肢。受莫德斯塔在梦中得到的灵感启发,de Oliveira Barata设计了一条金属黑色义肢,呈长圆锥形,模糊地让人联想起巨大的细高跟鞋。莫德斯塔女士使用了由de Oliveira Barata设计的银色和水晶镶嵌的腿在2012年残奥会闭幕式上表演。

如果义肢无需模仿替代的肢体,那么义肢可能不仅仅是替代品。Clode女士是一位专家,在设计由人工肌腱控制的机器义肢方面有所建树。她热衷于探索通过新增功能来补充身体的可能性,使义肢“成为一项能够为每个人,而不仅仅是截肢者,提供帮助的科技。”为此,她设计了“第三只拇指”,这是一个小巧耐用的义肢指,正如Clode女士所说,它完成了告示牌上所说的内容。与Knox女士的触角手一样,由鞋子里的压力传感器控制,这只拇指可以替代缺失的拇指。但它也可以添加到完好的手部,与现有的生物拇指相对。

Clode女士表示,拥有两只拇指“以意想不到的方式扩展了人手能够完成的任务”。许多涉及一手握住物品并同时操控的情景,比如一只手剥香蕉或打开软饮料瓶,都可以实现。与市场上一些被设计成通过接收使用者剩余肌肉的信号来控制的更复杂的义肢手相比,使用脚趾控制可能看上去有些原始。

但Clode女士表示相反,情况与此相反。肌电义肢可能慢而笨重。而由于在截肢部位留下的肌肉不太可能与原来用于移动缺失肢体的肌肉相同,学习如何使用它们需要几个月。相比之下,鞋上的控制系统可以相对较快地掌握。

未来,可能会让这些义肢获得人工感官反馈。2023年11月,中国一支由北航机器人学家李文领导的团队在《科学机器人学》杂志上发表了一篇论文,描述了一个柔软的机器人臂,它模仿了章鱼的触手。尽管它并非为义肢设计,但触手是由套在佩戴者食指上的手套控制的,通过同一机制提供触觉反馈。

虽然de Oliveira Barata女士和Clode女士不是神经科学家,但学术研究人员也开始对这个领域感兴趣。Clode女士正在与Makin博士合作,研究大脑如何适应身体增补。他们特别关注大脑如何重新分配认知资源以适应新的附肢,以及这种附肢是否能体验。Clode女士表示:“我认为我们还没有接近极端。”“但我们肯定打算找到答案。”

本文译自 economist,由 BALI 编辑发布。

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