这是第一次，一小部分膝盖以下截肢的患者能够通过神经信号控制假肢的运动——而不是依靠程序化的周期来控制全部或部分动作——并恢复自然步态。这一成就需要专门的截肢手术，并将非侵入性表面电极连接到机器人假肢小腿。一项描述这些技术的研究今天发表在《科学》杂志上 自然医学。
“接下来发生的事情非常神奇。拥有这种神经接口的患者能够以正常速度行走；上下台阶和斜坡；无需思考就能绕过障碍物。这是自然的。这是不由自主的，”合著者说 休·洛德他在 麻省理工学院媒体实验室。“尽管他们的肢体是由钛和硅胶制成的——所有这些不同的机电元件——但肢体感觉很自然，移动也很自然，甚至没有意识。”
该方法依赖于截肢部位的手术来创建研究人员所称的 激动剂-拮抗剂神经肌肉接口或 AMI。该手术涉及连接肌肉对（对于膝下截肢，则需要连接两对肌肉），以及引入专有的合成元素。
该接口在身体和机器之间建立了双向连接。肌肉感应电极将信号发送到假肢中的一台小型计算机，该计算机将其解释为脚踝和脚掌关节的角度和力量。它还会发回有关假肢位置的信息，恢复肢体在空间中的位置感，也称为 本体感觉。
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为了测试仿生腿，患者被要求以不同的速度在平地上行走；上下斜坡和楼梯；并绕过障碍物。AMI 用户的步态更自然，更接近使用自然肢体的人的运动。更自然的运动可以提高运动自由度，特别是在具有挑战性的地形上，但在其他研究中，研究人员还注意到能量消耗减少，身体压力减少，甚至为一些截肢者带来社会效益。
合著者 宋铉恩麻省理工学院博士后研究员表示，该团队对仿生装置的效率感到惊讶。假肢接口仅发送了肢体向脊柱发送的典型信息量的 18%，但这足以让患者以正常步态行走。
仿生腿的下一步
AMI 截肢手术现已成为马萨诸塞州布莱根妇女医院的标准手术，该医院的合著者 马修·卡蒂 效果显著。而且由于患者在疼痛和使用被动（或非机器人）假肢方面的益处，这种技术（或类似技术）可以远远超出目前的研究范围。迄今为止，全球约有 60 人接受了肘部或膝盖上方或下方的 AMI 手术。
在 机器人 另一方面，目前已经有可以与神经接口兼容的商用假肢。最需要开发的领域是截肢部位与假肢之间的连接。赫尔说，该接口的商业化可能还需要五年左右的时间。
赫尔表示，他的长期目标是神经整合和具体化：让假肢成为身体的一部分，而不是工具。这项新研究“是向前迈出的重要一步——双关语。”
2024-07-01 16:59:01
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