尖端的假肢技术帮助截肢者实现更自然的行走模式，但在允许用户通过神经完全控制假肢方面仍显不足。相反，他们依赖于编程有预定义行走算法的机器人传感器和控制器。
介绍突破性解决方案
麻省理工学院和布莱根妇女医院的研究人员最新开发的外科手术方法和神经假肢接口成功地使膝下截肢的个体能够以更自然的方式行走。通过这种创新的外科手术程序，重新连接残肢中的肌肉，患者现在可以接收关于他们假肢在空间中位置的关键“本体感觉”反馈。
改善移动性和舒适性
七名接受此手术的患者在行走速度、障碍物规避和更自然的爬楼能力方面显示出改进，与传统截肢者相比有所提升。
“这项 groundbreaking 的研究首次展示了一种在完全神经调节下运作的腿假肢，形成了一种生物仿生的步态。这种水平的脑控制，即人类神经系统主导运动，而不是机器人算法，以前从未实现过，”麻省理工学院生物电子学领域的领先专家休·赫尔（Hugh Herr）解释道。
此外，经历了对抗-拮抗肌肉神经接口（AMI）手术后，个体感受到的舒适感和肌肉损耗减少，这项手术受益于全球约60名患者，包括臂部截肢者。
首作者、麻省理工学院媒体实验室的宋亨俊（Hyungeun Song）强调了该研究在《自然医学》上的发表。
增强的感觉反馈
在标准的膝下截肢手术中，负责肢体运动的成对肌肉之间的相互作用会受到干扰。这妨碍了神经系统准确检测肌肉位置和收缩率，而这些对高效的肢体控制至关重要。
这种截肢者往往难以控制他们的假肢，因为无法准确感知假肢的位置。因此，他们主要依赖集成在假肢中的机器人肢体控制器。
为了实现由神经系统驱动的自然步态，赫尔和他的团队开发了AMI手术。这种方法通过连接肌肉末端来保持自然肌肉间的互动，允许残肢内的动态沟通。该手术可以在最初的截肢过程中进行，也可以作为后续修复手术进行。
“通过AMI截肢技术，我们旨在建立本体对抗肌肉之间的生理连接。这增强了用户的幻肢移动性，提供了自然的本体感觉和活动范围，”赫尔补充道。
变革性结果
在最近的一项研究中，接受AMI手术的患者在其被截肢的肢体肌肉控制上表现出更精确的控制，产生类似于完整肢体的信号。
研究人员扩展这些发现，探讨这些电信号是否可以控制假肢，同时提供位置反馈。这种感觉输入使佩戴者能够自愿调整他们的步态，最终实现顺畅和接近自然的行走体验，这在最近的《自然医学》发表中得到了观察。
恢复移动性和信心
拥有AMI神经假肢接口的个体在各种任务中超越了他们传统截肢的同类，展现出改善的行走速度、障碍物协调以及假肢和完整肢体之间自然的运动协调。
值得注意的是，这些自然行为的出现，尽管AMI的感觉反馈不到没有截肢个体典型获得的20%。
“我们的研究强调了即便是截肢肢体来自神经反馈的微小增加，也有显著增强仿生神经控制的潜力。这允许直接神经调节行走速度、地形适应和障碍物规避，”宋强调。
这项协作努力标志着在恢复重度肢体损伤患者功能方面迈出了重要一步，塑造了未来患者护理的方向，据布莱根妇女医院和哈佛医学院的共同作者及外科医生马修·卡尔提（Matthew Carty）所说。
赋予用户控制能力
通过用户的肢体实现神经控制，标志着赫尔实现重构人类身体目标的重要一步，旨在弥合复杂机器人控制器与用户对肢体的感觉连接之间的差距。
“我们的方法着重于建立用户的大脑与肢体电机学之间的全面联系，促进与假肢的身体感受，并提升整体功能性，”赫尔指出。
这项研究得到了麻省理工学院K.莉莎·杨生物电子学中心、国家神经疾病和中风研究所、神经外科研究教育基金会医学研究奖学金，以及尤尼斯·肯尼迪·施赖弗国家儿童健康与人类发展研究所的支持。
