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截肢者称先进仿生腿感觉更像身体的一部分

Posted on 2025-07-15

该假肢直接与骨骼相连,使佩戴者能够爬楼梯、以正常速度行走和踢球。

自从休·赫尔在一次攀岩事故中失去双腿后,他一直致力于设计感觉像真肢一样的替代肢体。

如今,我们能够设计出轻便的定制小腿,并配备灵活的踝关节,将其安装到残肢(俗称残肢)上。这些假肢可以帮助下肢截肢者重新行走。但他们更容易摔倒,难以爬楼梯、在不平坦的路面上行走,甚至连从椅子上站起来都困难重重。这些假肢也感觉像是附着物,而不是身体的自然延伸。

对于膝上截肢者来说,这些问题更加严重。我们的膝盖支撑着身体的重量,但在跳跃、旋转、蹦跳或跑步时,膝盖也容易弯曲和扭动。

本月,赫尔和他在麻省理工学院的团队推出了一款能够进行复杂运动的“仿生”腿。该系统附着在使用者的腿骨上以保持稳定性,并记录附近肌肉的电活动,将意图转化为流畅的动作。

与使用传统膝上假肢的人相比,安装了仿生膝关节的人更加敏捷。两位志愿者可以轻松地从坐姿站起,跨过堆叠的积木,甚至在上身几乎不需要支撑的情况下踢球。

更重要的是,两人都表示仿生腿感觉就像是他们身体的一部分。

赫尔在一份新闻稿中表示:“组织整合的假肢——锚固在骨骼上并由神经系统直接控制——并非仅仅是一个没有生命的独立装置,而是一个精心融入人体生理的系统,能够提供更高水平的假肢化身。它不仅仅是人类使用的工具,更是自身不可分割的一部分。”

多重升级

你的膝盖就像神经和肌肉的中央车站。大脑发出的行走、跳跃或攀爬信号会激活参与运动的肌肉群,同时保持关节稳定。这些连接形成了所谓的本体感受。即使闭上眼睛,它们也能告诉我们下肢在空间中的位置,这对于站立或行走时的平衡至关重要。然而,截肢通常会切断这种联系,使大脑难以感知每块肌肉的收缩程度、确切位置以及是否与其他肌肉保持平衡。

“截肢后,这种感知就会消失,”匹兹堡大学的李·费舍尔(Lee Fisher)写道,他没有参与这项研究。“下肢截肢会切断肌肉和骨骼之间的耦合,而这种耦合对于驱动与本体感觉相关的神经活动至关重要。”

为了解决这个问题,赫尔的团队更新了他们的外科截肢方法,这种方法自19世纪初以来基本没有改变。这项新技术被称为AMI,即主动肌-拮抗肌神经接口技术,它可以重新连接残肢中断裂的肌肉对。从身体的另一部分取下一小块肌肉,并将其连接到残肢的神经上。这有点像加一根新电缆来连接两根断裂的肌肉对。当肌肉对抽搐时,新的电路会发出电信号。这些信号被电极捕捉,并用于控制假肢的运动。

在2014年的一项研究中,七名膝下截肢患者接受了AMI手术。他们的本体感觉得到改善,步行速度也得以提高,大致与非截肢者相当。

硬件是解决方案的下一个环节。大多数膝上假肢都有一个定制的接受腔,用于将机械腿安装到残肢上。接受腔必须限制压力,避免摩擦和损伤皮肤,同时保持牢固的机械连接。

费舍尔写道:“截肢者通常认为改善接受腔的贴合度是提高生活质量的首要任务。”

一种流行的替代方法是将假肢固定在一根嵌入残肢残骨的金属棒上。这种更坚固的连接方式使假肢更加稳定。

费舍尔写道,尽管这种方法更具侵入性,“但越来越多的患者采用这种方法,因为它需要的后续治疗更少,而且能获得更好的行走能力”。

这款新型假肢将这两项技术进步融合在一起,打造出一条稳定性更高、感官反馈更佳的仿生腿。团队将一根钛棒插入两位已接受急性心肌梗死(AMI)手术患者的大腿骨中。假肢上的十六个电极可以捕捉肌肉活动,并将其传送至计算机,计算机计算出如何按照预期移动腿部。

两位志愿者通过爬楼梯、踢球、坐立和跨越障碍物来测试他们的新假肢。他们在这些任务上的表现远胜于那些使用旧设备或仅接受AIM手术的患者。

更少痛苦,更多收获

截肢后常见的问题是幻肢痛,患者感觉失去的肢体仍然存在,并因此感到疼痛。这种疼痛很难用止痛药治疗。通过手术将截断的神经与健康的肌肉重新连接已取得一些早期成功,但手术难度较大。令人惊讶的是,仿生腿减轻了两位受试者的疼痛,这可能是因为它与肌肉的连接。

团队还重点关注假肢的自然感。他们询问所有参与者,包括仅接受AMI手术和使用传统假肢的参与者,假肢的触感是否与他们自己的腿一样。例如,他们是否感觉自己拥有两条功能正常的腿?他们是否感觉能够控制假肢?与其他两组相比,佩戴新型仿生腿的两名参与者都获得了更强烈的“实体感”——假肢感觉就像他们身体的一部分。

“无论你把机器人假肢的人工智能系统做得多么复杂,它对用户来说仍然只是个工具,一个外部设备,”赫尔说,“但有了这种组织整合的方法,当你问人类用户他们的身体是什么时,整合程度越高,他们就越会说假肢实际上是他们自己的一部分。”

AMI 手术已获批用于膝下截肢。该团队正在更多患者身上测试他们的新设计,并计划在五年内让膝上仿生腿获得批准。

截肢者称先进仿生腿感觉更像是身体的一部分,该文章最先出现在SingularityHub上。

原文: https://singularityhub.com/2025/07/14/amputees-with-bionic-leg-say-it-feels-more-like-a-part-of-their-body/

本站文章系自动翻译,站长会周期检查,如果有不当内容,请点此留言,非常感谢。
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