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“第三拇指”!人體增強技術獲重大突破,可改變大腦對手的感知方式

2021-06-08 由【】發表於 科技

如果多出來一根拇指,你會用它做什麼?

放心,不是手指畸形也不是什麼遺傳病,這是倫敦大學學院(UCL)的一項最新研究,將機械手拇指安裝在手上,稱為“Third Thumb”第三拇指。(貌似叫做 “第六根手指”更加貼切)

多瞭這根拇指之後能做什麼呢?

來試試單手擰瓶蓋:

抓牌碼牌,有六指軒轅那味瞭:

單手穿針引線:

戴上機械手指彈吉他也太酷瞭吧!

“第三拇指”除瞭能夠拓展人體機能外,更大的貢獻表現在【大腦如何適應這種外來設備】上,UCL的研究人員表示:使用機器人“第三拇指”可以改變手在大腦中的表現方式。

增強型技術的反思:人們如何適應“外來”四肢

近年來,“第三隻手”、“第三條腿”等身體增強型設備陸續出現,對人類的功能和能力進行擴展、補充、替代或增強,賦予或替代人類的四肢力量。

“在使用身體增強型設備時,人們是否真的能適應它呢?”

UCL的一個神經科學傢團隊提出瞭這樣的問題,“我們對大腦如何適應增強型技術知之甚少,人腦能否支持‘外來’部分,這種技術如何影響我們的大腦?”

“第三拇指”的研究揭露瞭這個問題,它首次被公佈是在三年前,一位名叫DaniClode的倫敦設計師首次向世界介紹瞭該設備,探索圍繞身體增強的未來主義思想。

“第三拇指” 由3D 打印制作,佩戴在與用戶實際拇指相對的一側,靠近小指。嵌入數據的手套柔性傳感器可以很好的追蹤手部動作,該傳感器具有19個自由度,能夠測量手指的掌指骨(MCP),近端指間關節(PIP)和遠端指間關節的關節角度。

佩戴者通過安裝在大腳趾下方的壓力傳感器來控制它。通過無線連接到拇指,兩個腳趾傳感器通過立即響應佩戴者壓力的細微變化來控制拇指的不同運動。

最初,要啟動“拇指運動,用戶需要踩下壓力感應器。這種控制方式有點奇怪,但事實上,很多假肢都采用瞭這種方式,控制它其實並不容易,你需要搞清楚不同的任務需要對應多大的壓力。

與此同時,UCL的神經科學傢團隊正在研究人腦如何適應這種增強型技術的操作,他們在新聞中看到瞭“第三拇指”,認為這是一個完美的設備,可以納入他們的研究中,並立即與Clode取得瞭聯系。

UCL的人機合一實驗——“感覺像是自己身體的一部分”

為瞭研究人的大腦如何適應這種增強型技術,UCL的研究人員利用“第三拇指”進行瞭一項“人機合一”實驗。

他們招募瞭20名“第三拇指”的受試者,每人在實驗室裡花瞭5天時間訓練使用“第三拇指”,完成一套單手執行的任務,比如單手搭積木、一隻手拿起多個球或酒杯等,還要每天晚上把設備帶回傢,每天共嘗試使用2到6個小時。

受試者很快就掌握瞭如何使用“第三拇指”,甚至可以一心多用:一邊做數學題的同時,一邊用增強手指搭起一座木塊塔。

他們說:“感覺設備像是自己身體的一部分”,就算把眼睛蒙上也可以運用自如。

此外,還招募瞭一個由10名參與者組成的“空白對照組”。他們完成瞭同樣的五天訓練方案,但隻使用正常的五根手指來完成訓練任務,不使用增強拇指。

在研究開始和結束時,所有參與者都接受瞭核磁共振掃描,以追蹤他們在移動手指時的大腦活動。

結果驚人的發現,在使用“第三拇指”的短短五天後,受試者大腦感覺運動皮層的活動發生瞭顯著變化,尤其是負責手部表現的區域。正常來說,大腦對五根手指中的每一根都有不同的感受區;而使用瞭“第三拇指”後,對應於每個手指的大腦活動模式變得幾乎相同。

與每個手指相關的大腦活動已經變得不那麼明顯,這意味著感覺運動皮層中的手部神經表征已經減少,使用“第三拇指”不僅會改變生物手的運動控制,而且還會影響生物手在大腦中的表現方式,這是人類與增強型設備最佳合作的運動適應結果。

廣泛應用增強型技術之前,需要進一步探索

UCL的研究是第一個在實驗室外,長時間訓練中進行增強技術的研究,研究表明人們可以迅速學習控制增強設備,而大腦可以很快適應這種變化。

一周後,受試者再次接受大腦掃描,他們大腦手部區域的變化已經消退,這表明這些變化可能不是長期的,需要更多的研究來證實這一點。

這項研究發表在《Science Robotics》的最近一刊上,在文章的最後,作者聲明“人機集成可能會對身體表現和運動控制的關鍵方面產生直接影響,無論是自適應還是不適應,在這項技術被廣泛實施之前,還需要進一步理解和探索。”

參考文獻

[1]https://robotics.sciencemag.org/content/6/54/eabd7935https://techxplore.com/news/2021-05-robotic-thumb-brain-representation.html

本文經授權轉載自機器人大講堂(ID:RoboSpeak),原標題為《“第三拇指”來瞭!人體增強技術獲重大突破,可改變大腦對手的感知方式》如需二次轉載請聯系原作者。