·先前的研究表明，使用工具會(huì)引起人腦的可塑性變化，仿生假肢的使用也是如此。然而，一個(gè)懸而未決的科學(xué)問(wèn)題是，人類(lèi)是否可以“包容”與人體解剖結(jié)構(gòu)不同的仿生工具或假肢。

與配備虛擬人手相比，參與者使用鑷子手完成任務(wù)的速度和準(zhǔn)確性都更高。圖片來(lái)源：Cell Press

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2024年6月6日，細(xì)胞出版社（Cell Press）旗下期刊iScience（《交叉科學(xué)》）上的一篇論文提到，研究人員已經(jīng)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)測(cè)試人類(lèi)對(duì)仿生設(shè)備的感受：感覺(jué)像鑷子一樣的仿生手是自己身體的一部分。研究人員表示，與配備虛擬人手相比，參與者使用鑷子手完成任務(wù)的速度和準(zhǔn)確性都更高。

論文第一作者、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Ottavia Maddaluno說(shuō)：“為了讓人體與工具完美融合，我們需要感覺(jué)工具是我們身體的一部分。研究表明，仿生工具可以讓人們感覺(jué)像是身體的一部分。”Maddaluno在意大利羅馬第一大學(xué)和圣盧西亞基金會(huì)（IRCCS）與Viviana Betti一起進(jìn)行了這項(xiàng)工作。

先前的研究表明，使用工具會(huì)引起人腦的可塑性變化，仿生假肢的使用也是如此。然而，一個(gè)懸而未決的科學(xué)問(wèn)題是，人類(lèi)是否可以“包容”與人體解剖結(jié)構(gòu)不同的仿生工具或假肢。

為了研究這種可能性，研究人員利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)健康參與者進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，參與者手腕末端要么有一只像人手一樣的仿生手，要么有一個(gè)像大鑷子一樣的仿生工具。為了測(cè)試運(yùn)動(dòng)能力和靈活性，參與者被要求弄破一種特定顏色的氣泡（用鑷子或食指和拇指夾住它們）。在這個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)參與者用鑷子手時(shí)，他們能更快、更準(zhǔn)確地弄破虛擬泡泡。

接下來(lái)，研究小組使用了一個(gè)名為“跨模態(tài)一致性任務(wù)”的測(cè)試來(lái)比較虛擬手和仿生工具，在這個(gè)測(cè)試中，研究人員對(duì)參與者的指尖施加微小的振動(dòng)，并要求他們識(shí)別哪些手指受到了刺激。與此同時(shí)，在虛擬現(xiàn)實(shí)屏幕上有一個(gè)閃爍的光點(diǎn)，或者在受刺激手指上，或者在不同的手指上。通過(guò)比較參與者在匹配和不匹配刺激試驗(yàn)中的準(zhǔn)確性和反應(yīng)時(shí)間，研究人員能夠評(píng)估他們被視覺(jué)刺激分心的程度。

“這是一個(gè)表明你的大腦在感覺(jué)和視覺(jué)之間不匹配程度的指標(biāo)。”Maddaluno說(shuō)，“但只有當(dāng)你的大腦認(rèn)為你所看到的是自己身體的一部分時(shí)，這種不匹配才會(huì)發(fā)生；如果我不覺(jué)得通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)看到的仿生工具是自己身體的一部分，那么視覺(jué)刺激就不應(yīng)該產(chǎn)生任何干擾?！?/p>

結(jié)果顯示，在這兩種情況下，參與者都能快速、準(zhǔn)確地識(shí)別出在視覺(jué)和觸覺(jué)相匹配的刺激下，哪根手指受到了刺激，這表明參與者對(duì)虛擬人手和鑷子手都有一種化身感。然而，當(dāng)參與者用鑷子手進(jìn)行匹配和不匹配的實(shí)驗(yàn)時(shí)，差異更大，這表明其產(chǎn)生了更大的化身感。研究人員推測(cè)，這是由于與人手相比，鑷子手相對(duì)簡(jiǎn)單，大腦更容易計(jì)算和接受。

“就捏氣泡任務(wù)而言，鑷子的功能類(lèi)似于人手，但操作更簡(jiǎn)單，對(duì)大腦的計(jì)算能力也更友好。”Maddaluno說(shuō)。

研究人員指出，這也可能與“神秘谷”假說(shuō)有關(guān)，即指當(dāng)人們看到機(jī)器人（能夠自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作的機(jī)器）或由計(jì)算機(jī)生成的人物圖片時(shí)，感到非常類(lèi)似真人的不愉快感覺(jué)。這里是因?yàn)樘摂M人手可能與人手過(guò)于相似，但又截然不同。

除了鑷子手，研究人員還測(cè)試了一個(gè)扳手形狀的和一個(gè)手持鑷子的虛擬人手。他們發(fā)現(xiàn)，所有情況下都有化身感，但當(dāng)鑷子直接移植到虛擬手腕上時(shí)，參與者的感覺(jué)更真實(shí)，而且比他們用虛擬的手拿著鑷子時(shí)更靈巧。

參與者在進(jìn)行相關(guān)測(cè)試之前有機(jī)會(huì)體驗(yàn)虛擬環(huán)境時(shí)，他們對(duì)仿生工具的化身感也更高?！霸诳缒B(tài)一致性任務(wù)中，參與者必須保持靜止，而在運(yùn)動(dòng)任務(wù)中，他們可以積極地與虛擬環(huán)境互動(dòng)，而這些虛擬環(huán)境中的互動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一種代入感?！盡addaluno說(shuō)。

最終，研究人員表示，這項(xiàng)研究可以為機(jī)器人和假肢的設(shè)計(jì)提供信息?！跋乱徊绞茄芯渴ニ闹牟∪耸欠駥?duì)這些仿生工具有化身感?！盡addaluno說(shuō)，“我們還想研究仿生工具在健康參與者和截肢者的大腦中引起的可塑性變化。”

參考文獻(xiàn)：

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)01159-3