运动和感觉功能是人的基本功能。外伤、疾病等多种因素造成的肢体残疾,使患者丧失了基本的运动和感觉功能,严重影响其正常生活。为肢体残疾人提供先进的多功能假肢系统,具有重要的社会需求。近年来,生机电融合的人机交互技术有效提高了假肢的操控性能。研究者们开发了多种基于肌电模式识别的多功能假肢系统,以实现基于截肢者主动意图的假肢控制。同时,一些新型脑机接口技术的应用也提高了假肢的运动控制效果以及使用者的参与度。但是,现有的商业化假肢仍然存在一些技术挑战,限制了应用,例如:对假肢手的控制仍不够精准、缺乏直觉与灵活的反馈功能等。目前的肌电和脑电获取技术并没有实现精细、准确、稳定的信号采集,并且患者所处环境、皮肤出汗等各种因素往往对信号造成干扰,从而降低运动意图识别的准确性,影响假肢控制的效果。虽然一些植入式的信号采集技术在一定程度上解决了上述困难,但存在二次手术风险、安全性、生物兼容性、系统供电等问题,不利于临床应用。此外,由于缺乏直觉的感觉反馈,截肢者大脑与假肢手之间的运动与感觉双向传输通路是断开的,无法准确处理与整合信息,使得截肢者不能直观地感受到假肢手与环境的交互信息,大脑也无法生成精确的运动指令来控制肌肉收缩产生正确的肌电信号。这进一步降低了假肢手的操控性能,严重增加了使用者的精神负担以及对假肢的弃用率。针对目前商业化假肢手在信息双向传递与闭环控制方面的不足,本文主要开展面向截肢者运动感觉功能重建的信息获取和反馈方法研究。在信息获取方面,采用磁牵引法开发了微针电极阵列（Microneedle electrode array,MEA）,实现了高质量的电生理信号采集;在感觉反馈方面,采用非侵入式经皮神经电刺激（Transcutaneous nerve electrical stimulation,TENS）方法,重建了感觉信息传入通路,诱发了截肢者幻肢手掌和手指稳定、自然、直觉的感觉。为了获取高质量的电生理信息,采用了磁牵引-自组织的方法在柔性基底上构建针长约550μm、针尖直径为15-20μm的微针阵列,形成MEA电极。微针的部分长度可刺入皮肤并穿透角质层,在活性表皮层采集电信号,但不接触真皮和皮下组织,减小角质层的干扰并降低电极-皮肤界面阻抗（Electrode-skin interface impedance,EII）,还可保证电极与皮肤表面的稳定接触从而减小相对位移带来的干扰,同时不会导致疼痛、流血、发炎等皮肤伤害。研究中还对比了MEA与同尺寸、形状的金属平板电极阵列（Flat electrode array,FEA）的EII,以及在不同环境下获取电生理信号的质量。结果表明,MEA有效降低了EII,在动态环境下EII更稳定;在不同环境下获得了高信噪比的电生理信号,并且使用所采集的肌电信号（Electromyography,EMG）进行运动意图识别,显著提高了动作分类准确率;此外,实验中所有受试者都没有发生皮肤疼痛、创伤等不适症状。为了实现截肢者自然、直觉的感觉反馈,本文还开展了感觉信息神经传入方法研究。截肢后,在患者残肢末端皮肤表面往往存在诱指感区（Phantom hand mapping areas,PHMs）,刺激该区域能够诱发其幻指感。因此,本文首先探索了截肢者残肢端PHMs分布情况,依此来选择合适的刺激位置。然后测试了在不同参数下使用TENS诱发自然、直觉幻指感的效果,并验证了所选参数的有效性和所诱发感觉的长期稳定性。最后对所诱发的感觉进行定性和定量评估,分析其与刺激参数之间的相关关系。结果表明,截肢者残肢端的PHMs分布具有一定的规律,据此确定了TENS的刺激位置,诱发了截肢者不同幻指多种类型、直觉、稳定的感觉,包括拍打、振动和按压感等;通过对四位前臂截肢者进行长期跟踪实验,初步掌握了刺激位置、刺激电流参数和诱发感觉之间的相关关系。此外,还采集EEG并分析了事件相关电位（Event-related potential,ERP）、脑电图谱,证明了当且仅当幻指感被成功诱发时,脑部的特定区域在特定时间段内有明显的激活,并且不同感觉对应的ERP潜伏期及曲线特征都有显著性差异。最后,本文还验证了使用MEA进行TENS刺激手臂神经来诱发手指感觉的可行性,为实现更加精细的感觉诱发提供了新方法。总之,本文一方面证明了MEA在采集高质量电生理信号方面相较传统的电极具有更优良的性能;另一方面采用TENS作用于截肢者残肢端皮肤来刺激神经末梢,为截肢者重建了感觉信息神经传输通路,并成功诱发了稳定、自然、直觉的幻指感。研究结果可为闭环假肢控制提供技术支持,对于提高假肢的操控性能具有重要的意义,并可为人机交互技术的发展提供支撑。