从最早1993年开始就有为截肢后的患者、战争中受伤的士兵等研发的仿生手臂(bionic arms)，随着各种科技的发展，3D打印、脑机接口等技术提供了仿生假肢更好的研究背景。
仿生假肢初期设计
从最一开始需要用特制的盖子包覆著部分上身，并连接出手臂，肩上的特制盖内有侦测器可以侦测神经电讯号，加以转换成假肢的动作。接着能够用 3D 打印大幅加快并降低制作成本，让这样的仿生假肢能够为更多病人使用。
早期透过假肢上贴附的感应器，从皮肤纪录神经对肌肉的电讯号，然后转换成操控假肢的动作。但这样操作机制会根据使用者残肢上的神经量与种类不同，保留越多完整神经的使用者，能够传递更多讯息，进行精巧的动作；而保留较少神经元的病人，就只能做一些简单像是弯曲上臂的动作。并且假肢厚重的机械手臂和套著身体的部分，如果流汗、相对位置移动了，或是手臂浮肿了，都会影响到假肢里面默认好位置的侦测器，让假肢必须重新校准收集到的电讯号。这样的麻烦，令许多人相衡之下选择放弃。
新技术RPNI的开发减少病患负担
但是科学家没有放弃寻找更好的方法，他们利用断肢处剩下的神经，区分出细束与假肢相连，除了让使用者能够随自己心意的控制假肢手臂的每一个关节，更甚至能提供触觉等感觉回馈。
密西根大学生医机械工程学院的研究团队在期刊 Science Translational Medicine 发表了他们最新的研究结果，利用断肢处的原有神经，再加上小块的肌肉移植让电讯号放大，接着操控假肢上臂，虽然能够做的动作，依旧要视使用者神经元保留状况而定，但他们成功让截肢患者们配戴假肢上臂长达 1 年，无需校准矫正，增加了操控的精准性外也让便利性与可适性提高。并且因为采用了脑机接口的机械学习运算法，让假肢可以随着使用者的‘想法’而动，而不需要使用者另外学习如何操控，是最贴近原始肢体使用情形的设计，也是这项研究最希望达到的目标。
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过往操作脑机接口研究的科学家往往希望直接连接脑神经讯号来对机械做控制，但这是危险并且困难的；但断肢末梢神经的讯号微弱，想要确切取得就要利用电极去连接神经，这些插入的电极常会造成神经细胞受创产生疤痕组织，让讯号更模糊不清。密西根大学团队利用肌肉包覆断肢神经末梢，保护了神经让断裂神经纤维不会形成神经瘤，引起幻肢痛，顺便能放大电讯号，这项技术称为 regenerative peripheral nerve interfaces, RPNIs。研究团队负责人之一的 Cindy Chestek 教授指出，在使用 RNPI 后他们记录到史上最高的断肢电讯号，过往仅有数十微伏特，现在可以收到毫伏特等级。这样的讯号不仅让每个指头的动作都能被彻底执行，给予假肢使用者更加灵活的应用，更是因为没有神经疤痕的产生，让假肢可以持续使用 1 整年，不会有讯号降解的问题。
Chestek 的研究已然为神经假肢领域开启新的大门，现在有足够丰沛的神经讯号，可以控制更加细腻的动作，对于假肢的可动性与精巧程度就会有更多的要求，对于实时神经反应运算的机器算法也会更加要求。过去 1 年的受试者之一 Joe Hamilton 表示，‘就像是我真正的手一样，我感觉像是找回正常的自己。’RPNI 的神经假肢已经进入临床试验，等待未来能够帮助更多的人，研究团队也表示他们将继续琢磨直到真正让患者们达到与常人无异的活动水平。负责人 Cederna 教授说，感谢这些受试者们让这项研究不仅是纸本上的知识，而是实质的帮助，这是研究人员心中无法言喻的感动。
文/ Ray
参考资料：
- https://bme.umich.edu/its-like-you-have-a-hand-again/
- https://stm.sciencemag.org/content/12/533/eaay2857
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