截肢者说 Advanced Bionic Leg 感觉更像是他们身体的一部分

快速阅读: 据《奇点枢纽》最新报道，本月，赫尔和他的麻省理工学院团队推出了一种“生物电子”腿，通过神经接口和肌肉连接，让截肢者感觉假肢如身体一部分，提升行动能力和归属感。

自从休·赫尔在一次攀岩事故中失去了双腿后，他一直在探索设计出感觉像真腿一样的替代肢体。现在，可以制造轻便的定制小腿，配有灵活的脚踝，适合残肢，通常称为“残肢”。这些假肢让下肢截肢者重新恢复行走能力。但它们往往更容易摔倒，在爬楼梯、在不平的地面上行走或从椅子上站起来时容易失衡。这些肢体也感觉像是附加物，而不是身体的自然延伸。自从休·赫尔在一次攀岩事故中失去了双腿后，他一直在探索设计出感觉像真腿一样的替代肢体。对于膝上截肢的人来说，这些问题更为严重。我们的膝盖支撑着身体重量，但在跳跃、旋转、单脚跳或奔跑时也能弯曲和扭转。本月，赫尔和他的麻省理工学院团队推出了一种“生物电子”腿，能够进行复杂的运动。该系统固定在用户的腿骨上以保持稳定，并记录附近肌肉的电信号，将使用者的意图转化为流畅的动作。与使用传统膝上假肢的人相比，安装了生物膝关节的人更加灵活。两名志愿者可以轻松地从坐姿站起，跨过堆叠的障碍物，并用最小的上身支持踢球。更重要的是，他们都表示这种生物腿感觉像是他们身体的一部分。

“一种与组织整合的假肢——固定在骨骼上并由神经系统直接控制的假肢——不仅仅是一个无生命的独立设备，而是一个精心融入人体生理系统的装置，提供更高水平的假肢认同感，”赫尔在一份新闻稿中说道。“它不仅仅是人类使用的工具，而是自我的一个组成部分。”

多项升级

你的膝盖就像神经和肌肉的纽约中央车站（Grand Central Station）。大脑发出行走、跳跃或攀登的信号时，会激活相互对抗的肌肉群，同时保持关节稳定。这些连接形成了所谓的本体感觉。即使闭上眼睛，它们也能告诉我们下肢在空间中的位置，并且在站立或行走时对平衡至关重要。但截肢往往会切断这种联系，使得大脑难以感知每块肌肉收缩的程度、其确切位置以及是否与其他肌肉平衡。

“截肢后这种感知就丧失了，”未参与这项研究的匹兹堡大学的李·费舍尔写道，“下肢截肢会移除肌肉和骨骼之间的耦合关系，而这是驱动本体感觉相关神经活动所必需的。”

为了解决这个问题，赫尔的小组更新了他们的截肢手术方法，这种方法基本上自19世纪初以来几乎没有变化。新的技术被称为AMI（拮抗肌神经接口），它重新连接了残肢中被切断的肌肉对。从身体的另一部分取一小块肌肉，并将其连接到残端的神经上。这有点像添加一条新电缆来连接两条断开的电缆。当肌肉对抽搐时，新的电路会发出电信号。这些信号由电极捕获，并用于控制假肢的运动。

在2014年的一项研究中，七名膝下截肢者接受了AMI手术。他们的本体感觉得到了改善，并且能够加快步行速度，达到接近未截肢者的水平。

机械部件是解决方案的下一个部分。大多数膝上假肢都有一个定制的接合器，将机械腿与残肢连接起来。接合器必须限制压力，以免磨损皮肤，同时保持稳固的机械连接。成为未来的一员注册以接收来自SingularityHub的突破性技术和远见卓识者的精选新闻。100%免费。没有垃圾邮件。随时退订。

“截肢者通常认为改善接合器的适配度是提高生活质量的主要优先事项，”费舍尔写道。一种流行的替代方法是将假肢连接到嵌入残端骨头中的金属杆上。这种更刚性的连接使假肢更加稳定。尽管这种做法更具侵入性，但“由于需要的随访次数较少且行走能力更好，这种做法越来越受到患者的欢迎，”费舍尔写道。

新型假肢腿融合了这两项技术，制成了一条更稳定、感官反馈更好的生物电子腿。团队将钛棒插入两名已经接受AMI手术的人的大腿骨中。这条腿的十六个电极捕捉肌肉活动，并将其发送到计算机，计算机按用户意图计算如何移动腿部。两名志愿者通过爬楼梯、踢球、坐下和站立以及跨过障碍物来测试他们的新假肢。他们在处理这些任务方面比那些使用旧设备或仅接受AMI手术的人表现得更好。

更少疼痛，更多益处

截肢后的常见问题是幻肢痛，即人们感到缺失的肢体仍然存在，引发疼痛。这种疼痛难以治疗。将截肢神经重新连接到健康肌肉上的手术已取得一些初步成果，但手术难度较大。令人惊讶的是，生物电子腿缓解了两名参与者的疼痛，这可能是因为它与他们的肌肉相连。

团队还高度重视这条腿的自然程度。他们询问所有参与者，包括只接受AMI手术的人和使用传统假肢的人，是否觉得人工腿像是他们自己的。例如，是否感觉他们有两条功能正常的腿，是否能掌控假肢？安装了新型生物电子腿的两个人比其他两组人更有归属感——假肢感觉像是他们身体的一部分。

“无论你如何让机器人的假肢的AI系统变得多么先进，它对用户来说仍然会感觉像一件工具，像一个外部设备，”赫尔说。“但通过这种组织整合的方法，当你问人类用户什么是他们的身体时，它越整合，他们就越会说假肢实际上是他们自己的一部分。”

AMI手术已经获批用于膝下截肢。该团队正在对更多患者进行新设计的测试，并计划在五年内获得膝上生物电子腿的批准。

范雪莱

范雪莱博士是一位神经科学家转行的科学作家。她对关于大脑、人工智能、长寿、生物科技及其交叉领域的研究充满兴趣。作为一名数字游民，她喜欢探索新文化、当地美食和大自然。

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