We have the world at our fingertips

We have the world at our fingertips. A sense of touch can sometimes be as important as sight, helping us to avoid crushing delicate objects or ensuring that we hold on firmly when carrying hot cups of coffee. Now, for the first time, a person who lost his left hand has had a near-natural sense of touch restored thanks to a prosthesis.

"I didn't realise it was possible," says Dennis Aabo Sørensen, who is so far the only person to have been fitted with the new prosthesis. "The feeling is very close to the sensation you get when you touch things with your normal hand."

To restore Sørensen's sense of touch, Silvestro Micera at the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne and his colleagues implanted tiny electrodes inside the ulnar and median nerve bundles in Sørensen's upper arm. Between them, the ulnar nerve – which runs down to the little finger and ring finger – and the median nerve – which runs down to the index and middle fingers – carry sensations from most of the hand, including the palm.

The team then connected the electrodes to pressure sensors on the fingertips and palm of a robotic prosthetic hand via cables running down the outside of Sørensen's arm. When he used the hand to grasp an object, electrical signals from the pressure pads were fired directly into the nerves, providing him with a sense of touch.

Getting to grips

The electrical signals were calibrated so that Sørensen could feel a range of sensation, from the slightest touch to firm pressure just below his pain threshold, depending on the strength of his grip.

According to Sørensen, the feelings were very natural and close to those in his real hand. So much so, in fact, that he can differentiate objects held in his prosthetic hand by touch alone. For example, he could tell the difference between cotton wool, a plastic cup and a block of wood about 90 per cent of the time while wearing a blindfold.

Knowing how firmly he was grasping an object was a game-changer. "With my existing prosthesis I always have to look at what I'm doing with it," says Sørensen. Without a sense of touch to guide him, picking up a piece of fruit can end messily, he says. "It's an amazing product, I'd take one tomorrow if I could."

However, regulations governing the use of surgically implanted electrodes mean that Sørensen had to give up the prosthesis after 30 days. Before the treatment becomes clinically available, Micera's team needs to test its long-term viability.

One challenge is to ensure that the implanted electrodes continue working long after they have been inserted. For a first attempt, results are promising, says Micera. After 30 days, 90 per cent of the electrodes still worked.

In the meantime, Dustin Tyler at Case Western Reserve University in Cleveland, Ohio, has already shown that a slightly less invasive procedure can still be effective after 18 months. Tyler's team implanted electrode "cuffs" that clamped around nerve bundles in the arms of two people who had lost a hand, again restoring a limited sense of touch. The cuffs work in a similar way to Sørensen's implants but, because they do not enter the nerves, greater changes in electrical input are needed for stimulation. This makes the sensations coarser, says Micera.

Personal touch

Tyler agrees that stimulating individual fibres in the nerve bundles leads to finer degrees of sensation. In theory, by precisely stimulating the relevant nerve fibres it could be possible to make a prosthetic limb feel exactly like a real one – restoring not only fine variations of touch, but also sensations of hot and cold, and even pain. This will be more challenging, however, because the nerve fibres that carry these signals are very small, says Tyler.

Recent studies have shown that macaques can also regain a sense of touch by having electrical signals from a prosthesis routed directly to their brains. But going via the nerves in the arm has the advantage of using the brain's usual channels of input, allowing the signal to be interpreted more naturally. "You have the brain helping you do the job," says Micera.

Micera's approach is conceptually similar to how cochlear implants have provided hearing for tens of thousands of people, says Greg Clark at the University of Utah in Salt Lake City. Cochlear implants stimulate nerve fibres in the same way they would normally be activated by sound itself. "We don't need to know the code that the brain uses to interpret speech for this approach to work," he says. "We just need to provide the basic inputs. Then the brain interprets these inputs in much the way it normally would."

By doing the same with sensory input from skin and muscles, we are on the way to restoring much more than hearing loss. This will not only have practical benefits, says Clark, but could literally help people with amputations feel whole again.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เรามีโลกเพียงปลายนิ้วสัมผัสของเรา ความรู้สึกสัมผัสบางครั้งอาจสำคัญเท่าสายตา ช่วยให้หลีกเลี่ยงการบดวัตถุละเอียดอ่อน หรือมั่นใจว่า เรายึดมั่นเมื่อถือครองถ้วยกาแฟร้อน ตอนนี้ ครั้งแรก ผู้สูญเสียมือซ้ายมีความรู้สึกสัมผัสที่คืนค่า ด้วยกายอุปกรณ์ที่ใกล้ธรรมชาติ

"ฉันไม่ได้รู้ก็ได้"กล่าวว่า เดนนิส Aabo Sørensen ซึ่งเป็นเพียงคนเดียวจะมีการติดตั้งกายอุปกรณ์ใหม่เพื่อให้ห่างไกล"ความรู้สึกสนิทความรู้สึกเมื่อคุณสัมผัสสิ่งต่าง ๆ ด้วยมือของคุณปกติ"

คืนสัมผัส ความรู้สึกของ Sørensen Micera เพสเอลเวเทียที่สวิสกลางสถาบันของเทคโนโลยีในเมืองโลซานน์และเพื่อนร่วมงานของเขา implanted หุงตเล็ก ๆ ภายในรวมกลุ่มประสาทอัลนา และมัธยฐานในแขนของ Sørensen ระหว่าง ในเส้น –ซึ่งจะลงไปนิ้วก้อย และ นิ้ว – และเส้นประสาทมีเดียน – ซึ่งจะลงดัชนีและกลางนิ้วมือ – มีสววรค์จากมือ รวมทั้งปาล์มด้วย

ทีมกันหุงตที่จะเซนเซอร์แรงดันปลายนิ้วและฝ่ามือเทียมหุ่นยนต์ผ่านสายที่ไหลลงด้านนอกของแขนของ Sørensen เมื่อเขาใช้มือหยิบวัตถุ สัญญาณไฟฟ้าจากแผ่นดันถูกยิงโดยตรงไปยังเส้นประสาท ให้เขากับความรู้สึกของสัมผัส

การเดินทางไปจับ

สัญญาณไฟฟ้าได้รับการปรับเทียบเพื่อให้ Sørensen สามารถรู้สึกมีความรู้สึก จากสัมผัสเพียงน้อยนิดให้อยู่ต่ำกว่าขีดจำกัดของความเจ็บปวด กดขึ้นอยู่กับความแรงของจับของเขา

ตาม Sørensen ความรู้สึกธรรมชาติมาก และผู้ที่อยู่ในมือจริง มากดังนั้น ในความเป็นจริง เขาสามารถแยกแยะวัตถุที่จัดขึ้นในมือเทียม โดยสัมผัสเพียงอย่างเดียว ตัวอย่าง เขาสามารถบอกความแตกต่างระหว่างผ้าขนสัตว์ผ้าฝ้าย ถ้วยพลาสติก และบล็อกไม้ประมาณ 90 ร้อยละของเวลาขณะที่สวมใส่ blindfold ได้

รู้อย่างมั่นคงว่าเขาถูกเรียงวัตถุมีการเปลี่ยน เกมได้ "กับฉันอยู่กายอุปกรณ์เสมอต้องดูว่าฉันทำกับ กล่าวว่า Sørensen ไม่ มีความรู้สึกสัมผัสเพื่อแนะนำเขา รับชิ้นส่วนของผลไม้สามารถจบ messily เขากล่าวว่า "เป็นผลิตภัณฑ์ที่น่าอัศจรรย์ ฉันจะใช้หนึ่งวันพรุ่งนี้ถ้าไม่แพง"

อย่างไรก็ตาม บังคับใช้หุงตผ่าลิฟต์หมายความ ว่า Sørensen มีค่ากายอุปกรณ์หลังจาก 30 วันให้ ก่อนการรักษาทางคลินิกใช้งาน ทีมงานของ Micera ต้องทดสอบมีชีวิตระยะยาว

ความท้าทายหนึ่งคือเพื่อ ให้แน่ใจว่า หุงตลิฟต์ทำงานต่อไปหลังจากมีการแทรก ในความพยายามแรก ผลเป็นสัญญา ว่า Micera หลังจาก 30 วัน ร้อยละ 90 ของการหุงตยังคงทำงาน

ในขณะเดียวกัน ดัสตินฮอฟไทเลอร์มหาวิทยาลัยเวสเทิร์นสำรองกรณีในคลีฟแลนด์ โอไฮโอ มีแล้วแสดงว่า ขั้นตอนเล็กน้อยน้อยรุกรานสามารถยังคงมีผลหลังจาก 18 เดือน ทีมงานของไทเลอร์ implanted อิเล็กโทรด "cuffs" ที่ clamped สถานรวมกลุ่มประสาทในอ้อมแขนของคนสองคนผู้มือ คืนความรู้สึกสัมผัสจำกัดอีก Cuffs ทำงานในลักษณะคล้ายของ Sørensen ไปแต่ เนื่อง จากพวกเขาไม่ใส่เส้นประสาท เปลี่ยนแปลงมากขึ้นในการป้อนไฟฟ้าจำเป็นสำหรับกระตุ้น กล่าวนี้ทำให้รู้สึกที่ coarser, Micera.

สัมผัสส่วนบุคคล

ไทเลอร์ตกลงว่า กระตุ้นเส้นใยแต่ละในการรวมกลุ่มของเส้นประสาทนำไปสู่องศาปลีกย่อยของความรู้สึก ในทางทฤษฎี โดยการกระตุ้นเส้นใยประสาทที่เกี่ยวข้องที่อาจเป็นไปได้อย่างแม่นยำ เพื่อทำขาเทียมที่รู้สึกเหมือนจริง – คืนไม่เพียงแต่ปรับรูปแบบของสัมผัส แต่รู้สึกร้อน และเย็น และแม้กระทั่งอาการปวด นี้จะท้าทายเพิ่มมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเส้นใยประสาทที่มีสัญญาณเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก ว่า ไทเลอร์

การศึกษาล่าสุดได้แสดงว่า macaques สามารถฟื้นความรู้สึกสัมผัสยัง โดยมีสัญญาณไฟฟ้าจากกายอุปกรณ์การกำหนดเส้นทางโดยตรงกับสมองของพวกเขา แต่ไปผ่านเส้นประสาทที่แขนมีประโยชน์ของการใช้สมองของช่องปกติของอินพุต ให้สัญญาณเพื่อตีความเป็นธรรมชาติมากขึ้น "คุณมีสมองที่ช่วยให้คุณทำงาน กล่าวว่า Micera.

วิธีการของ Micera มีลักษณะคล้ายกันทางแนวคิดไปว่า cochlear มีให้ได้ยินหมื่นคน กล่าวว่า กา Clark ที่มหาวิทยาลัยยูทาห์ในซอลต์เลกซิตี Cochlear implants กระตุ้นเส้นใยประสาทแบบเดียวกับพวกเขาโดยปกติจะเรียกใช้เสียงตัวเอง "เราไม่จำเป็นต้องทราบรหัสที่ใช้สมองเพื่อตีความสำหรับวิธีการนี้ในการทำงาน, " เขากล่าวว่า "เราก็ต้องให้ปัจจัยการผลิตพื้นฐาน แล้ว สมองแปลข้อมูลเหล่านี้มากด้วยวิธีปกติต้อง"

โดยทำเช่นเดียวกันกับอินพุตที่รับความรู้สึกจากผิวหนังและกล้ามเนื้อ เราจะให้คืนมาก มากกว่าที่ฟังเสียง นี้จะไม่มีประโยชน์จริง กล่าวว่า คลาร์ก ได้อย่างแท้จริงช่วยคน ด้วย amputations ความรู้สึกทั้งหมดอีกครั้ง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ขณะนี้มีโลกที่ปลายนิ้วของเรา ความรู้สึกของสัมผัส บางครั้งสามารถที่สำคัญเป็นสายตา ช่วยให้เราสามารถหลีกเลี่ยงวัตถุที่บดละเอียดอ่อน หรือมั่นใจว่าเราจับไว้อย่างแน่นหนา เมื่อถือถ้วยร้อนของกาแฟ นี่เป็นครั้งแรก คนที่สูญเสียมือซ้ายมีใกล้ความรู้สึกธรรมชาติสัมผัสบูรณะขอบคุณเทียม

" ผมไม่คิดว่ามันเป็นไปได้กล่าวว่า " เดนนิส aabo S ขึ้น rensen ที่ห่างไกลเพียงคนเดียวที่จะได้รับพอดีกับขาเทียมใหม่ ความรู้สึกที่ใกล้ชิดกับความรู้สึกที่คุณได้รับเมื่อคุณสัมผัสมันด้วยมือของคุณปกติ . "

เพื่อเรียกคืน s ขึ้น rensen ความรู้สึกของสัมผัสsilvestro micera ที่สวิสแห่งชาติสถาบันเทคโนโลยีใน Lausanne และเพื่อนร่วมงานของเขาฝังขั้วไฟฟ้าเล็ก ๆในกระดูก และค่ามัธยฐานของเส้นประสาทในการรวมกลุ่มขึ้น rensen แขนบน ระหว่างพวกเขา , เส้นประสาทอัลนา ( ซึ่งวิ่งลงไปนิ้วก้อยและนิ้วนาง ) และค่ามัธยฐานเส้นประสาทที่วิ่งลงไป ( นิ้วชี้และนิ้วกลาง ) อุ้มไก่จากส่วนใหญ่ของมือรวมทั้งปาล์ม

ทีมแล้วเชื่อมต่อขั้วไฟฟ้าเซนเซอร์ความดันบนปลายนิ้วและฝ่ามือของหุ่นยนต์มือปลอมผ่านทางสายเคเบิลที่ใช้ลงด้านนอกของแขนขึ้น rensen . เมื่อเขาใช้มือหยิบวัตถุไฟฟ้าสัญญาณจากความดัน แผ่น ถูกไล่ออกโดยตรงเข้าสู่สมอง ให้เขามีสัมผัส

อยากทำงาน

สัญญาณไฟฟ้าก็ปรับเพื่อให้ที่ขึ้น rensen รู้สึกมีช่วงของความรู้สึกจากสัมผัสเพียงเล็กน้อยเพื่อให้ บริษัท ความดันด้านล่างของเขาระดับความเจ็บปวด ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของมือของเขา . . . . . .

ตามด้วยขึ้น rensen ความรู้สึกเป็นธรรมชาติมาก และอยู่ใกล้กับผู้ที่อยู่ในมือของเขาจริง มากดังนั้นในความเป็นจริงที่ว่าเขาสามารถแยกแยะวัตถุที่ถือในมือเทียมของเขาสัมผัสเพียงอย่างเดียวตัวอย่างเช่นเขาสามารถบอกความแตกต่างระหว่างผ้าฝ้ายผ้าขนสัตว์ , ถ้วยพลาสติกและ บล็อกไม้ ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ของเวลาในขณะที่สวมใส่ ผ้าปิดตา

รู้แน่น เขาจับวัตถุเป็น changer เกม " . ด้วยขาเทียมที่มีอยู่ของฉันฉันมักจะต้องดูว่าฉันทำอะไรกับมัน " ว่าขึ้น rensen . โดยไม่ต้องสัมผัสนำทางเขายกขึ้นชิ้นส่วนของผลไม้สามารถหักล้างจบ ,เขากล่าวว่า " . มันเป็นผลิตภัณฑ์ที่น่าตื่นตาตื่นใจ ผมจะเอาพรุ่งนี้ ถ้าฉันสามารถ . "

อย่างไรก็ตาม ข้อบังคับการใช้ขั้วไฟฟ้าหมายถึงผ่าตัดศัลยกรรมที่ขึ้น rensen ต้องยอมสละอวัยวะ หลังจาก 30 วัน ก่อนการรักษาจะกลายเป็นทีม micera ทางการแพทย์ที่มีความต้องการที่จะทดสอบความอยู่รอดในระยะยาว

หนึ่งในความท้าทายเพื่อให้ฝังขั้วไฟฟ้าทำงานนานหลังจากที่พวกเขาได้ถูกแทรก เป็นครั้งแรกที่ผลมีแวว ว่า micera . หลังจาก 30 วัน ร้อยละ 90 ของขั้วไฟฟ้ายังทำงาน

ในขณะเดียวกัน ดัสติน ไทเลอร์ ที่กรณีมหาวิทยาลัยเวสเทิร์นสำรองในคลีฟแลนด์ , โอไฮโอได้แสดงให้เห็นแล้วว่าเป็น invasive น้อยยังสามารถมีประสิทธิภาพหลังจาก 18 เดือน ทีมของไทเลอร์ฝังขั้วไฟฟ้า " กุญแจมือ " ที่ยึดรอบๆมัดเส้นประสาทในอ้อมแขนของคน 2 คน ที่ได้สูญเสียมืออีกคืนความรู้สึกที่ จำกัด ของสัมผัส เสื้อทำงานในลักษณะที่คล้ายกัน เพื่อขึ้น rensen ของรากฟันเทียม แต่เพราะพวกเขาไม่ได้เข้าสู่เส้นประสาทมากกว่าการป้อนไฟฟ้า จำเป็นสำหรับการกระตุ้น นี้จะทำให้ความรู้สึกที่หยาบ ว่า micera

ส่วนตัวสัมผัส

ไทเลอร์เห็นด้วยที่กระตุ้นเส้นใยประสาทในแต่ละกลุ่มนำที่มีองศาของความรู้สึก ในทฤษฎีโดยแน่นอนกระตุ้นเส้นใยประสาทที่เกี่ยวข้องก็เป็นไปได้เพื่อให้การใช้อวัยวะเทียม รู้สึกเหมือนของจริงและเรียกคืนไม่เพียง แต่ปรับรูปแบบของสัมผัส แต่ยังมีความรู้สึกร้อนและเย็นและแม้กระทั่งความเจ็บปวด นี้จะเป็นสิ่งที่ท้าทายมากขึ้น แต่เพราะเส้นใยประสาทที่นำสัญญาณเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก

ว่าไทเลอร์การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าลิงยังสามารถฟื้นความรู้สึกของสัมผัส โดยมีสัญญาณไฟฟ้าจากการส่งตรงไปยังสมองของพวกเขา แต่จะผ่านเส้นประสาทที่แขน มีข้อดีของการใช้สมองที่ช่องทางปกติของการให้สัญญาณที่จะถูกตีความว่าเป็นธรรมชาติมากขึ้น " คุณต้องสมองช่วยให้คุณทำงาน กล่าวว่า micera .

micera เป็นแนวทางแนวคิดคล้ายกับ cochlear implants มีให้ฟัง นับหมื่นคน บอกว่า เกร็ก คลาร์ก ที่มหาวิทยาลัยยูทาห์ใน Salt Lake City cochlear implants กระตุ้นเส้นใยประสาทในทางเดียวกัน ปกติแล้วพวกเขาจะถูกกระตุ้นด้วยเสียงตัวเอง " เราไม่จำเป็นต้องรู้รหัสที่ใช้สมองตีความคำพูดสำหรับวิธีการนี้ทำงาน " เขากล่าว" เราก็ต้องให้ปัจจัยพื้นฐาน แล้วสมองแปลข้อมูลเหล่านี้ในทางที่มันควรจะเป็น "

โดยทำเช่นเดียวกันกับการป้อนข้อมูลจากกล้ามเนื้อ ผิวหนัง และ เราอยู่ในทางที่จะคืนมากขึ้นกว่าการสูญเสียการได้ยิน นี้จะไม่เพียง แต่ได้รับประโยชน์ในทางปฏิบัติว่า คล้าก แต่หมายไม่สามารถช่วยคนตัดแขนตัดขารู้สึกทั้งหมดอีกครั้ง