認識觸覺世界

楓月

這是一個最缺乏了解的世界

一只仿生手臂怎樣實現觸覺？觸覺產生的原理是什么？人們研究觸覺能做什么？

美國克利夫蘭。二月的一天。48歲的伊戈爾·斯派提克在用他的新手臂去感知一個不存在的小球。他6年前在一次工業事故中不幸失去了右手前部，如今多虧了仿生手臂，讓他重新找回了——觸覺。

神經傳感仿生手臂讓人再次恢復觸覺

俄亥俄州凱斯西儲大學的達斯汀·泰勒教授是克利夫蘭退伍軍人管理醫院的醫生，同時他也是仿生手臂項目的首席研究者，“4年前我們的團隊為斯派提克做了一個外科手術，在他的截肢斷面上為他按上了一個半透明的接口，這個接口直接與斯派提克的手臂神經回路相連接。在這基礎上，我們為他定制了一個有個手指關節，肉色橡膠表面材質，能夠靈活彎曲關節的仿生手臂。這樣，這個仿生手臂可以直接與斯派提克的手臂相連接，也就是直接和斯派提克的大腦相連?！?/p>

這個定制的仿生手臂里有19個壓力傳感器，斯派提克的手臂里也植入了3個電極。當壓力傳感器在感受到外界的信號時，通過手臂內的電腦芯片，將電流信號轉化為電波，這些電波會被斯派提克手臂中的3個電極所接收，最后被手臂的神經回路所識別。

“觸覺是我們與周圍事物互動的一種方式。我們的目標不僅僅是恢復觸覺功能，而是讓患者重新與世界建立聯系。這是一個漫長的過程，要恢復手上多個點的感覺，有幾十、幾百或許更多。我們需要重新激活大腦產生觸覺的區域，而一旦失去了手的輸入，接通這些區域的轉換點也就喪失了?！?泰勒教授說道?，F在，斯派提克在仿生手臂的幫助下，他的大腦會感到“我的手臂還在那里！”

“我們目前并沒有完全掌握壓力神經傳感技術，因為傳感器壓力的靈敏度是目前科技的障礙?！?泰勒教授說道，“正常人對于冷，熱，質地的觸感很靈敏，因為不同觸感的壓力傳感極其細微，而且傳感時間都是在微秒之內。例如我們通過觸摸物體表面，就能夠知道我們摸的是什么材質，是綢緞還是砂紙;但是像擠牙膏，刷鍋等那種微妙的感覺我們都還無法做到?！痹搨鞲衅鞅旧聿⒉荒芫_地辨別材質，他們只能察覺到壓力。不同的信號模式通過電極傳遞，被大腦識別為不同的刺激。泰勒教授認為，“每個人在生活經歷中會創建一個自己的感覺地圖，這使他們能夠對一個給定的感覺進行相關輸入。我不認為我們給的刺激能準確地擊中地圖上的點，但他們能使大腦足夠熟悉并識別它是什么?！?/p>

泰勒教授還認為，除了假手，該技術還能用來幫助那些使用假腿的患者從地面接收輸入，并使他們適應碎石和不平整的路面。此外，這種神經接口和新的刺激術在控制震動和深部腦刺激等方面也同樣大有用途。目前，這個模式仍在不斷調整，而斯派提克也在為仿生手臂的改進而努力。

其實，斯派提克通過仿生手臂現在已經能夠感受到一些微妙的觸覺了?！拔业姆律直圩畲竽軌虍a生40磅的壓力，所以握雞蛋——就成了我每天的訓練項目，以前我必須通過眼睛看到的來控制手臂，現在我能夠通過觸覺去完成握雞蛋了！”傳遞觸覺到大腦的神經，被7毫米的“電極套”上的接觸點刺激，“電極套”會將觸感發給正確的神經。當假肢的相應位置觸碰物體時，斯派提克就能感覺到他的手和手指被觸碰，并且能感覺到從粗砂紙到光滑的金屬等各種材質。當一名研究人員用棉球擦拭斯派提克的假肢背面時，他立刻察覺到了“那是棉花。”斯派提克的工作非常具有挑戰性，作為瑞典北部的一名卡車司機，通過仿生手臂的觸感，他經歷了很多截肢后沒有過的經歷——從夾緊裝載拖車的鎖、取雞蛋、到幫孩子系鞋帶，至少現在的生活環境，他都能一一應對。

觸覺的研究還有更多的未知

泰勒教授說道，“觸覺并不是感覺的單向傳遞，而是觸覺信號的雙向交互行為、傳遞與接收?！睘榇怂古商峥诉€被要求將仿生手臂脫掉，將自己的手臂直接連在電腦上進行模擬練習?！斑@就像是憑空讓我移動我的手臂，甚至去觸摸一些不存在的東西?！?當然這些都是電腦通過斯派提克手臂上的電極模擬出來的電波，“我能感覺到我的拇指和我的食指了！”斯派提克驚呼道?！八呀涢_始習慣稱呼‘這個拇指為‘我的拇指了，”泰勒教授笑著說道。

“我們已經找到觸覺最為重要的因素是壓力，但是壓力傳感器即使再靈敏精確，也不叫做觸覺?！碧├战淌诶^續說，“這項實驗起初，斯派提克感覺到的僅僅是壓力所造成的刺痛感。如何將刺痛感變為觸覺，這是我們要去解決的。好比一聲刺耳的‘尖叫聲，我們如何將這 ‘尖叫聲變為含有信息的語言？其實我們只需要將這‘尖叫聲分解，排列重組，就能把它變為語言。”但是觸覺卻沒有這么簡單。

舉個簡單的觸覺列子，你就會發現觸覺沒有那么簡單。當我們把手放進自己的口袋時，你可以瞬間摸出兜里的東西，鑰匙，錢包，或者你的身份證，當然手機也能通過觸覺摸出來，但是當你的手機震動時，你不摸也知道那是手機。“這是一個非常形象的例子。這個行為可以解釋我們的觸覺是如何通過皮膚進行一個整體的傳感、猜測以及邏輯運算的。沒錯，這些觸感的傳遞不是由大腦進行處理的，而是皮下的帕西尼氏小體單獨完成的。你可以把皮膚想象為一張毛毯，每一微米下都有一個獨立的大腦。” 約翰霍普金斯大學的神經學家大衛·林登教授在他巴爾的摩的辦公室里解釋道。

“觸覺不同于人類其他的感官，觸覺往往被人所忽視。我們可以想象一下，人類通過眼球可以看到東西，通過耳朵可以聽到東西。但是通過研究小白鼠我們發現，沒有了眼球我們可以模擬出視覺信號，沒有耳朵我們可以模擬出聲音信號，最后通過大腦去處理這些信號。但是觸覺信號我們難以模擬，因為觸覺信號通過皮膚傳遞過來時就已是處理完畢的信息了。在過去的10年里，人類對于觸覺的研究越來越多，但是我們研究的越多，就會發現觸覺的研究還有更多的未知?！绷值墙淌谡f。

科學家們對于觸覺的研究至今已經推演出了很多深奧的科學理論和分支，例如觸覺學，修復學，體覺研究等等諸多學科。但是林登教授相信，在所有這些學科中最重要的觸覺傳感理論應當為——廣義最小二乘估計理論。簡單而言，觸覺的處理運算系統是通過多個系統進行的，不僅僅是單純的壓力系統，還包括其他諸多因素，例如痛覺和癢覺。

在痛覺和癢覺研究方面，約翰斯霍普金斯大學的中國神經學家董欣中教授，借助小白鼠實驗來尋找感知瘙癢的神經細胞。研究人員對小白鼠作基因改造，使它們的神經細胞在活躍時變成熒光綠。隨后再使用瘙癢藥物刺激這些小白鼠的面部。“小白鼠的行為非常穩定，如果是痛覺，它們會用前爪擦拭面部;如果是瘙癢，它們會用后抓去撓面部。實驗后發現小白鼠正是用后抓去撓面部的?！?實驗結果顯示，瘙癢神經在脊柱內，靠近脊髓。而瘙癢“刺激點”僅存在于皮膚內，是人們只想抓撓皮膚而不會覺得內臟器官瘙癢的原因，“所以你從不會覺得你的內臟發癢?！?董教授說道。

美國哈佛大學神經學家伊森·勒納說道，“這是一項非常令人信服的研究，有助于了結對痛覺和癢覺形式的長期爭論。” 董教授介紹道，數十年來，瘙癢機制一直沒有定論。一些研究發現某些疼痛神經對瘙癢刺激作出反應，而單獨的瘙癢神經難以捕捉。于是一些人認為，痛覺和癢覺由相同的神經回路感知，再由大腦作出不同解讀。但這難以解釋人對痛覺和癢覺作出的不同反應，如遭蚊子叮咬時，多數人強烈希望撓一撓;但如果不小心碰到熱爐子，人的直覺是退縮。

觸覺的藝術

有一個非常有趣的現象，人體的每一種感官都有自己的藝術展現。說到人類的視覺藝術，多重多樣，你會首先想到電影，油畫等等;聽覺藝術更是豐富，比如音樂，相聲等等;甚至是嗅覺都有自己的藝術展現空間，例如香水，還有你太太做好的飯菜香味，“今天做的一定是紅燒肉！”

然而唯獨觸覺的藝術卻被人們忽視了。如今也有很多人提出“觸覺博物館”的概念，意在體現用手指去觸摸感受的藝術。然而這些想法都一一被歷史所淘汰了。歷史學家康斯坦斯·克拉森回憶道，“歷史上第一家觸覺博物館的原型是18世紀在阿什莫林地區的一家博物館。1760年，這家博物館的擁有者被指有不文明行為，因為博物館內被觸摸的對象還包括女性以及孩子！在當時，觸摸被標為‘不合情理以及原始行為的標簽?！奔词沟搅私裉?，觸摸博物館內的藝術品也是不被世人認可的。你可以想象那些被千百游客摸得锃亮的藝術品，還有旁邊那塊“禁止觸摸”的指示牌。

雖然觸覺的藝術展現很困難，但是觸覺在娛樂用途上的開發卻非常容易。首個觸摸屏手機是IBM公司在1993年推出的“Simon”，首次在手機里內置了一塊觸摸屏，盡管早期觸摸屏的觸感實在是很差。隨后，摩托羅拉、索尼愛立信、三星、HTC等手機廠商，都在不斷尋找真正適合手機的觸摸屏設計。其中最為知名的要數蘋果公司了，最終蘋果公司在2007推出了具有高分辨率、多點觸控功能的iPhone，真正確立了觸摸屏的標準。而在今天，電容觸摸屏已經成為手機的標準配備?！叭缃竦氖謾C生廠商都在打觸覺的主意，產品名和廣告都直接用‘觸覺（touch）了！” 一名耶魯大學計算機專業的學生說道。

游戲機的震動功能，也是觸覺體現價值的一個點?！澳欠N手柄震動的觸感，總能讓你更加專注地投入游戲”不少游戲玩家說道。除了高科技的玩意外，還有不少機械功能的按摩椅和按摩器，能夠讓你從物理的角度接觸觸覺帶來的放松?！俺送獠康拇碳ね猓€會有內部的刺激。畢竟皮膚與脂肪下面就是肌肉，人體的觸覺感受是復雜的，觸覺神經末梢一部分也會連在肌肉上，這也是中國古代的針灸治療為什么會引起皮膚神經不同感受的原因。”林登教授說道。不少新鮮的觸覺減壓玩具也隨著科技的進步而上線，例如減壓骰子，這個就像小時候我們喜歡把塑料泡沫包裝袋上的氣泡擠爆一樣，通過觸覺來釋放自己手指的壓力。

英國倫敦服飾時尚公司Cutecircuit還為觸覺的傳遞專門設計了一種T恤衫，在衣服的胸前印有“抱抱我”幾個字。他們還在英國的街頭舉行“為陌生人傳遞愛的擁抱”主題活動。“在信息科技發展的今天，人們能夠通過科技手段相互發送聲音，發送圖像，但是卻無法發送觸覺?！绷值墙淌谡f道。通過擁抱，人們往往能夠感受到更豐富的情感信息。

幻痛與性觸覺

如果說觸覺還有一個更為重要的作用，那么人們一定會聯想到性行為。但是在了解性行為的觸覺之前，我們必須先要了解一個詞——“幻痛”，也叫作“幻肢痛”?！盎猛础笔侵富颊吒械奖磺袛嗟闹w仍在，且在該處發生隱隱的疼痛感。舉個例子，在電影中當你看到主角的皮膚被烙鐵燙傷，你會不自覺地感受到自己皮膚有種奇怪的感覺，這就是幻痛。而幻痛與性觸覺在引發原理上有所相似，而且還都會被人夸大其詞來描述這種觸覺。

對于伊戈爾·斯派提克來說，幻痛感再熟悉不過了。他的腦海中依稀記得工業事故發生的那天。當他的手臂被機械截斷的一刻，那種疼痛感就永久地印在了他的腦海中。“無法忍受的疼痛，每當我有意或者無意間回想起時，都會感到我的手臂傳來一陣陣灼燒的疼痛?！彼古商峥苏f道。

幻痛的表現往往出現在斷肢病人的身上，疼痛性質有多種，如電擊樣、切割樣、撕裂樣或灼燒等。表現為持續性疼痛，且呈發作性加重。各種藥物治療往往無效。“對幻痛的發生原理，目前科學界尚無統一意見，當然也沒有明確的療法。”泰勒教授解釋說道。“但幻痛往往是一種心理認知現象，也是人類自我保護的潛能。自從斯派提克安裝了仿生手臂之后，他的這種幻痛現象緩解了很多，最后甚至消失?；猛吹某霈F并不是因為疼痛感的巨大而產生的后遺癥，例如女性在分娩時的疼痛感也是非常巨大的，但是我們很少聽到產后婦女會有幻痛，這是因為她們接受了這種痛覺刺激?！?/p>

所以，幻痛感可以說是人類因為自我保護本能的排斥，所產生的觸覺。而性行為所帶來快感的觸覺，和幻痛感類似，是人類本能的渴望而產生的強烈的觸覺。關于性行為的觸覺感受，你可能聽過千百種說法，各種美妙且不可思議的描述。甚至大多數男性都會認為生殖器上的觸覺會更為靈敏?！捌鋵嵅蝗?，我們曾經在顯微鏡下尋找過生殖器上所謂的‘性傳感神經，但是那里的皮膚沒有任何特殊之處，和其他的皮膚完全一樣?！鄙窠泴W家大衛·林登教授說道。一個有趣的案例是，一位女士每天早上刷牙時都會引發性高潮，在檢查過后發現，引發這種情況的原因是刷牙時的動作，而非其他原因，“所以說性行為快感的傳遞是多種因素造成的，并非只有觸覺?！?/p>

達斯汀·泰勒教授對于觸覺的研究在美國國防部的財政支持下還在繼續著，每年美國將會花費數千萬美元在這項科學研究上，因為太多從伊拉克戰場以及阿富汗戰場上回國的士兵是殘疾人。而斯派提克佩戴該假肢兩年半后，雖然幻痛感消除了，但是仿生手臂的觸感也沒有一開始那么強烈了，感覺會隨著時間的推移而慢慢淡去，甚至在其他仿生手臂的使用者中，觸覺在幾周后便開始消失。但是研究人員希望該技術能夠使患者受用終身，并有信心于5年內實現在美國全國推廣使用使用。

“為什么觸覺缺少藝術表現形式？我想是因為人類本身無法逃避觸覺帶來的感受，這也是一種本能。你可以閉上眼睛，捂住耳朵，卻沒有辦法關掉你的皮膚?！碧├战淌谡f道。