抓好:为假手添加触觉技术可以减轻用户的心理负担

来自约翰霍普金斯大学和德雷塞尔大学的研究人员表示，在上肢假肢中添加触觉——一种人工触摸感，可以减少操作该设备所需的脑力劳动，使我们离开发功能更像健康肢体的假肢技术更近了一步。

研究人员称，这是此类研究的首次。这个跨机构的团队利用神经成像技术来研究触觉反馈是否能帮助使用假手的人减少支出脑力劳动在执行任务时。该研究小组的研究结果发表在今天的IEEE人机系统汇刊。

“研究表明，在假体设备中添加触觉技术确实有好处感觉信息帮助用户更好地执行任务，”资深作者杰里米·d·布朗说，他是约翰霍普金斯大学怀廷工程学院机械工程的助理教授。但目前还不清楚的是触觉反馈是如何影响的认知过程。我们的研究提供了强有力的证据，表明触觉反馈对认知和任务执行都有好处。”

假肢可以改善许多截肢者的生活质量，但也有一些人报告说，使用它们来执行日常任务可能具有挑战性。商业生产的假肢给使用者提供有限或没有感觉反馈;相反，用户严重依赖视觉反馈——当他们移动设备时仔细观察自己的设备——来精确控制自己的移动。

对一些使用者来说，在使用假肢的过程中必须不断监控假肢，这让他们感到精神疲劳，导致一些人干脆放弃了他们的设备。即便如此，相对而言，很少有研究对使用义肢的人的心理需求进行评估。

在这项研究中，参与者被要求使用假体挤压三个看起来相同，但实际上刚度不同的块，并识别最硬的一块。他们用自己健康的手执行任务，使用标准的假体，以及通过振动提供握力反馈的假体。

在每一项任务中，研究人员都通过一种叫做“功能性接近”的神经成像技术来测量每个参与者的脑力投入红外光谱法fNIRS直接监控他们的大脑的活动。使用fNIRS时，参与者要戴上便携式头套，通过前额叶皮层(参与决策、计划和其他行为的大脑区域)的血氧水平的变化来测量随时间变化的精神努力;一项任务对认知的要求越高，就会有越多的氧气被输送到前额叶皮层。

“基于fnirs的移动神经成像技术能够在越来越真实的环境中连续测量大脑功能，因此允许研究自然认知，并将其应用于日常生活，”该研究的资深合著者Hasan Ayaz说，德雷塞尔大学生物医学工程、科学与卫生系统学院副教授、教务长研究员。“这项研究也是神经工学新兴跨学科领域的一次展示，这得益于移动神经成像技术的进步，有助于工具、技术和工作环境的设计，包括假肢。”

当比较不同情况下的认知负荷时，研究小组发现，使用健康手的参与者在最少的脑力劳动下表现最好。研究人员表示，考虑到人手中估计有17000个感觉感受器，这在意料之中。但是当使用带有完整触觉反馈的假体时，参与者执行任务与使用标准假体的参与者相比，他们的认知负荷更低。

研究人员说，这一结果证明了触觉感知的潜在价值反馈在假体方面，特别是如果未来的研究证实最小化认知负荷将最大化假体设备的可用性。布朗说，他的团队未来的工作将集中于将这种方法应用于更复杂的任务，并在上肢截肢者身上验证这些发现。他相信更多的洞察力触觉反馈认知负荷将有利于更广泛的人机交互领域，而不仅仅是假体设备。

研究小组认为这项研究让人大开眼界，让人了解到假肢研究的“黄金标准”到底有多好——在这个案例中是指自然的手。

参与者的四肢几乎完美无缺。在许多方面,它向我们展示了假肢触觉确实有明显的好处,但是我们仍然有很长的路要走,如果我们要真正复制的形式和功能与我们自然的肢体,我们能做什么”Neha托马斯说,论文的主要作者,在生物医学工程研究生。

布朗实验室的其他贡献者包括加勒特·Ung，他是一名机器人硕士学生，最近刚从机械工程本科毕业。

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