·先前的研究表明，使用工具會引起人腦的可塑性變化，仿生假肢的使用也是如此。然而，一個懸而未決的科學問題是，人類是否可以“包容”與人體解剖結構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的速度和準確性都更高。圖片來源：Cell Press

當?shù)貢r間2024年6月6日，細胞出版社（Cell Press）旗下期刊iScience（《交叉科學》）上的一篇論文提到，研究人員已經(jīng)使用虛擬現(xiàn)實技術來測試人類對仿生設備的感受：感覺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的速度和準確性都更高。

論文第一作者、認知神經(jīng)科學家Ottavia Maddaluno說：“為了讓人體與工具完美融合，我們需要感覺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像是身體的一部分。”Maddaluno在意大利羅馬第一大學和圣盧西亞基金會（IRCCS）與Viviana Betti一起進行了這項工作。

先前的研究表明，使用工具會引起人腦的可塑性變化，仿生假肢的使用也是如此。然而，一個懸而未決的科學問題是，人類是否可以“包容”與人體解剖結構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)實技術對健康參與者進行了一系列實驗。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，參與者手腕末端要么有一只像人手一樣的仿生手，要么有一個像大鑷子一樣的仿生工具。為了測試運動能力和靈活性，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）。在這個簡單的任務中，研究人員發(fā)現(xiàn)，當參與者用鑷子手時，他們能更快、更準確地弄破虛擬泡泡。

接下來，研究小組使用了一個名為“跨模態(tài)一致性任務”的測試來比較虛擬手和仿生工具，在這個測試中，研究人員對參與者的指尖施加微小的振動，并要求他們識別哪些手指受到了刺激。與此同時，在虛擬現(xiàn)實屏幕上有一個閃爍的光點，或者在受刺激手指上，或者在不同的手指上。通過比較參與者在匹配和不匹配刺激試驗中的準確性和反應時間，研究人員能夠評估他們被視覺刺激分心的程度。

“這是一個表明你的大腦在感覺和視覺之間不匹配程度的指標?！盡addaluno說，“但只有當你的大腦認為你所看到的是自己身體的一部分時，這種不匹配才會發(fā)生；如果我不覺得通過虛擬現(xiàn)實看到的仿生工具是自己身體的一部分，那么視覺刺激就不應該產(chǎn)生任何干擾?！?/p>

結果顯示，在這兩種情況下，參與者都能快速、準確地識別出在視覺和觸覺相匹配的刺激下，哪根手指受到了刺激，這表明參與者對虛擬人手和鑷子手都有一種化身感。然而，當參與者用鑷子手進行匹配和不匹配的實驗時，差異更大，這表明其產(chǎn)生了更大的化身感。研究人員推測，這是由于與人手相比，鑷子手相對簡單，大腦更容易計算和接受。

“就捏氣泡任務而言，鑷子的功能類似于人手，但操作更簡單，對大腦的計算能力也更友好?！盡addaluno說。

研究人員指出，這也可能與“神秘谷”假說有關，即指當人們看到機器人（能夠自動執(zhí)行動作的機器）或由計算機生成的人物圖片時，感到非常類似真人的不愉快感覺。這里是因為虛擬人手可能與人手過于相似，但又截然不同。

除了鑷子手，研究人員還測試了一個扳手形狀的和一個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，但當鑷子直接移植到虛擬手腕上時，參與者的感覺更真實，而且比他們用虛擬的手拿著鑷子時更靈巧。

參與者在進行相關測試之前有機會體驗虛擬環(huán)境時，他們對仿生工具的化身感也更高?！霸诳缒B(tài)一致性任務中，參與者必須保持靜止，而在運動任務中，他們可以積極地與虛擬環(huán)境互動，而這些虛擬環(huán)境中的互動會產(chǎn)生一種代入感?！盡addaluno說。

最終，研究人員表示，這項研究可以為機器人和假肢的設計提供信息?！跋乱徊绞茄芯渴ニ闹牟∪耸欠駥@些仿生工具有化身感?！盡addaluno說，“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?！?/p>

參考文獻：

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