让假肢感觉更自然

由麻省理工学院的研究人员设计一个新的手术技术可以让假肢感觉更像是自然的肢体。通过协调患者的假肢,现有的神经和肌肉移植,截肢者能够感觉四肢在空间和感到多大的力被应用。

这种类型的系统可以帮助减少假肢的报废率,后者约为20%。

“我们讨论的是一个戏剧性的改善病人护理,“休·赫尔说,媒体艺术与科学学院的教授和这项研究的资深作者。“现在没有人以强健的神经方法截肢感觉本体感受的位置和力量应用于假肢。想象会完全阻碍一个人的能力,成功地平衡,或操纵对象。”

在新的研究中,也出现在科学的机器人5月31日,研究人员在老鼠,他们的技术生成的肌肉腱感觉反馈神经系统,这应该能够传达信息假肢应用的位置和力量。他们现在计划开始实施这种方法在人类截肢者,包括赫尔,双腿被截肢的17岁时膝盖以下。

研究生Shriya Srinivasan此项目在健康科学和技术(HST),是论文的第一作者。其他作者是媒体实验室访问科学家马修·卡蒂,麻省理工学院本科彼得•Calvaresi HST研究生泰勒阴蒂和本杰明•迈,媒体实验室研究生卡梅隆泰勒,和最近博士接受安东尼Zorzos。

更好的反馈

在传统的截肢,肌肉切断,切断了一个重要的关系,通常帮助人们控制自己的四肢和意义,它们在空间。大多数肌肉控制肢体运动发生在双称为agonist-antagonist双,这样肌肉伸展,当另一个合同。例如,当你弯曲手肘,肱二头肌肌肉合同,导致肱三头肌伸展,这三头肌伸展发送感官信息相关的位置,速度,力量回到大脑。agonist-antagonist肌肉的关系也是允许人们独立控制肢体关节的位置和刚度。

没有这些完整的肌肉对截肢的人没有办法感知他们的假肢在哪里,他们也不能感觉的力量应用于那些四肢。

“他们必须视觉追随他们的手或肢体,因为没有任何的反馈设备或残肢,告诉他们的大脑在假肢在空间,“Srinivasan说。

麻省理工学院的团队开始着手重建这些agonist-antagonist肌肉的关系。在很多截肢患者,神经信号发送到截肢肢体保持不变。研究人员决定利用这些神经通过连接它们从身体的另一部分肌肉对嫁接到截肢。

这些移植,这将是大约4厘米1.5厘米的人类,包括一双肌肉一起工作就像自然的肌肉。当大脑发送信号指示移动肢体,嫁接的肌肉将合同之一,其受体激动剂将延长。受体激动剂肌肉发送反馈到大脑对肌肉的移动应用和力量。

在科学的机器人篇论文中,研究者们测试了肌肉移植大鼠,发现当老鼠一对肌肉萎缩,其他肌肉会朝着相反的方向,将感官信息发送回大脑。

控制系统

在其他工作中,研究人员已经开发出控制系统的组成部分,将神经信号转化为指令移动假肢。当大脑发送再生肌肉的神经冲动,这些信号也将收到由微处理器控制的运动假肢。

神经刺激会导致受体激动剂肌肉收缩和拮抗剂肌肉伸展。拉伸肌肉将提供神经反馈让病人感到他或她的肢体在空间。研究人员认为,大脑能够迅速学习多少控制它必须施加一个假肢在所需的方法。

“使用这个框架,病人不需要考虑如何控制他们的假肢。当病人想象移动他们的幽灵肢体,信号将被发送通过神经肌肉构造的手术对。电极植入肌肉会感觉这些信号的控制合成汽车外部的假肢,”先生说。“我们认为,因为大脑是如此擅长重新映射和塑料,它很快就会适应知道多少合同每一块肌肉移植自然假肢控制。”

这种类型的反馈系统还应该允许人们假肢,例如,感觉一个扭矩应用于假肢。“如果你给一个用户一个杠铃假肢,他们会感到腕关节假体上的扭矩,”先生说。

研究人员预测,这种策略可以适用于几乎任何截肢,包括那些截肢多年前进行。

”对于任何截肢场景,只要我们有一些健康的神经了,我们可以把它放到再生肌肉移植。我们可以从几乎任何地方收获这些肌肉移植体内,这适用于大量的情况下从创伤到慢性疼痛,”斯说。