当下大部分给截肢者所使用的机械手臂在实用性上较局限；它们只有两至三个自由度，只允许使用者每次只能完成某个单一动作。而且这些机械手臂是通过意识作用来控制的，这意味着使用者在移动假肢的同时几乎无法完成其他的动作。

　　相比之下，由美国国防部国防高级研究计划局（Department of Defense's Defense Advanced Research Projects Agency：DARPA）赞助开发的新一代机械手臂则要精细和逼真得多，并有望在下个五到十年内投入使用。现在针对两种手臂模型的人体试验已经开始了，这两种模型不但能以天然肢体的灵巧度进行活动，而且在理论上还可以由直觉来控制——即通过从脑部直接收到的电信号对手臂进行控制。

　　其中一项研究最初的结果——首次对一位瘫痪患者试验控制带有多重自由度的机械手臂——将会在11月份召开的神经科学学会（Society for Neuroscience）会议上公布。

　　这些新装置可以完成20个自由度的独立运动，明显超越了现有的假肢，而且还可以通过多种接口对其进行操作。例如，由DEKA研发公司（DEKA Research and Development）开发的一套装置就能利用鞋中的一套杠杆系统来实施有意识的控制。

　　进行将残存的神经从失去的肢体上转移到胸部的肌肉上的手术对截肢者来说是一种更激进但也更直观的办法。活动胳膊会收缩胸肌，因此这种收缩反过来也可以用来运动假肢。但这种传导方式只有在剩余神经潜能足够的前提下才能发挥作用，且只能提供有限的控制水平。为了充分利用这些假肢的灵敏性，使它们能像真实的手臂一样活动自如，科学家们希望能通过脑信号来控制假肢。

　　“当你捡起一个物体时，你的大脑自动会知道要去旋转腕部和移动手指，”迈克尔?麦克罗林（Michael McLoughlin）说，他正在监督约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（Applied Physics Laboratory ，APL at Johns Hopkins University）的假肢开发进度。“我们希望开发出灵活的假肢，以自然的方式去控制它，同时达到一定水平的触觉反馈。”

　　在严重伤残病人身上进行神经植入的有限测试已经开展了五年。迄今为止，约有五位病人被植入了芯片，他们可以利用非常简单的机械手臂去控制电脑屏幕上的光标，驾驶轮椅，甚至开合夹子。更广泛的测试是在猴类身上展开的，皮层芯片的植入结果表明，动物能学着以某种实用的方式去控制相对简单的假肢，可以用它来抓握并吃下一块棉花糖。

　　“下一步至关重要，但问题在于：我们能控制多少个维度？“布朗大学（Brown University）开发脑机接口（brain-computer interface）的神经科学家约翰·多诺霍（John Donoghue）说。“取水再将水倒进嘴里约需要7个自由度。整个手臂有25个自由度。”多诺霍的研究小组已经对病人皮层植入的前期测试进行了检查，现在又有两位伤残志愿者正在测试DEKA的机械手臂。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的研究人员已经开发出了第二套假肢，它带有一套可能运动的更为强大的指令集，而且已经申请了开始进行人体测试的许可。他们计划与匹兹堡大学（University of Pittsburgh）以及加州理工学院（Caltech）的科学家们一起协作，在2011年开始对脊椎损伤病人实施这种假肢的移植。

　　参与这项研究的志愿者将被植入两种不同的皮层芯片，每个芯片上携带100个记录电极。科学家们希望将从脑部接收的能力提高一倍，可以提供足够的独立信号，以促使精密的APL假肢能完成更复杂的动作。“这是一种高度灵敏和仿真的机械手臂，”参与该研究的一位神经科学家安德鲁·施瓦茨（Andrew Schwartz）说。“你需要控制假肢的信息带宽要高出许多。”

　　匹兹堡大学的研究者们也将对结合了遥测系统的新型芯片进行测试，该系统可以执行芯片上已记录的一些信息，然后再将信息发给植入在胸部的一块处理器上，然后处理器会对手臂实施无线控制。目前在人类和猴类身上使用的处理器是通过从头颅中引出的线路传输信息的，长期使用会增加感染风险。另外，这种新设备有点类似于心脏起搏器和深度脑刺激装置上所使用的芯片，但假肢需要执行的功能比心脏起搏器要复杂得多，因此需要更多的信息对其进行控制。“没有哪种可植入装置能具备遥测系统的这种带宽能力，”施瓦茨说。“这项技术将是关键的一步。”

　　匹兹堡大学研究者们的最终目标是为假肢增添感知能力和其他一些材质，这种材质不但能感知热度和其他属性，而且还可以将信息传送至植入部分脑中以实施感知刺激的第三块芯片上。

　　但研究人员们还不确定假肢控制复杂程度的最高等级在何处。“我们希望至少能达到11个自由度，”施瓦茨说。他的研究小组已经开发出基于猴类假肢7个自由度实时运动的算法。“如何将自由度提升至20或30个？我们现在还不知道，也许我们需要新的算法，或者需要更多的电极，”施瓦茨说。

　　即便测试成功，研究者们也将面临巨大的挑战；他们必须验证侵入性的皮层控制比非侵入性的控制方式要好得多。使用鞋式控制接口的截肢者可以拾起盒子，使用锥子甚至是拿筷子。“如果你是一位截肢患者，鞋式控制就能让你完成这些动作，你还需要在自己的大脑中放上一块传感器吗？”多诺霍问到。控制方式也许事关个人偏好以及每位患者愿意去承受的风险等级和受益程度。“也许你愿意这样做，因为这样更自然，而且你在行走的时候还能做其他事情。”