生活中,我们常会看到一些因外伤或疾病感染而不得不截肢的患者,对于这些患者而言,残缺的肢体会令生活变得极其不方便,此时,就必须借助义肢的力量。但与此同时,大多数的义肢制作工艺较差,完全无法替代真正的肢体功能,这不得不说是一桩憾事。
再生医学网获悉,近日,由美国麻省理工学院(MIT)传奇教授Hugh M.Herr领衔的研究团队开发了一种新的神经假肢接口,帮助截肢者自主控制仿生假肢。相关成果发表在《自然·医学》上。
Hugh M.Herr原本是一名杰出的登山运动员。
不幸的是,他17岁那年,在一次登山事故中,他的两条小腿都被冻伤,最终不得不截掉两条小腿。为了重新登山,Herr开始自己设计并制作假肢,在这个过程中,他突然意识到科技具有让他康复的力量,于是他重返校园。
Herr先后在MIT和哈佛大学获得机械工程硕士学位和生物物理学博士学位,并最终重返MIT,开启了仿生假肢的研究工作。在研究的过程中,Herr注意到现有的仿生假肢主要依靠内置的预设算法来驱动。
虽然这些
仿生假肢可以帮助患者行走、跑步和爬楼梯,但控制腿部运动的仍然是机器本身,而不是使用者,因此这种装置总会让患者感到不自然。
为了让截肢者能用大脑无意识地控制假肢,Herr团队开始研究腿部的肌肉和神经回路。众所周知,大多数控制肢体运动的肌肉都是成对交替伸展和收缩,传统的截肢手术会导致肌肉之间的反馈被切断,让患者失去感知假肢空间位置和施加到假肢上的力量的能力。
为了解决上述问题,在2015年,Herr团队发明了一种截肢的新术式——激动肌-拮抗肌神经肌肉接口(AMI)。
在2020年的一项研究中,Herr团队扫描了传统截肢者、AMI截肢者和正常人的大脑,他们发现,AMI截肢者和正常人的大脑本体感觉中枢的功能激活程度相似,而传统截肢者的大脑本体感觉中枢的激活程度则有所降低。
2021年的一项临床试验(NCT03374319)发现,与传统截肢患者相比,AMI截肢患者在运动控制能力、假肢感觉和活动范围方面均有改善;出乎他们意外的是,AMI截肢患者的疼痛感居然大幅减轻。
经过上述近10年的探索,Herr团队终于带着重磅研究成果回来了。
基于一项临床试验,Herr团队发现,在这项新技术的帮助下,7名失去一条小腿的患者完全可以通过大脑很自然、甚至无意识地控制机械假肢。更重要的是,这些患者不仅可以像正常人一样快速行走,而且在上下坡、爬楼梯和跨越障碍等方面,几乎也与常人无异。
如何缩小假肢与真正肢体之间的差距,是不少科学家所重点研究的方向,该研究不仅能够减少截肢患者日常生活中的不便之处,同时也能够改善患者对待生活的心态。对此,
再生医学网表示,随着该项研究成果的问世,相信将彻底改写假肢发展史,从而更好造福患者。