新手术可以更好地控制假肢
麻省理工学院的研究人员发明了一种新型的截肢手术，可以帮助截肢者更好地控制其残留肌肉，并感知其“幻影肢体”在太空中的位置。研究人员说，这种恢复的本体感受应转化为更好地控制假肢，并减轻肢体疼痛。
在大多数截肢中，肌肉控制受影响关节的对（例如肘部或脚踝）被切断。但是，麻省理工学院的团队发现，重新连接这些肌肉对，使他们能够保留其正常的推力关系，为人们提供更好的帮助感觉反馈。
“我们的研究和以前的研究都表明，越好的患者可以动态移动肌肉，他们将拥有的控制越多。MIT博士后，研究的主要作者Shriya Srinivasan说。
在本周将在本周出现的研究中美国国家科学院论文集，接受这种新型手术的15例患者，被称为激动剂 - 抗抗酸肌肌肉界面（AMI），可以比传统截肢的患者更精确地控制肌肉。AMI患者还报告感觉更多的运动自由和受影响的疼痛减轻肢。
“通过恢复天然激动剂抗肌肉运动的手术和再生技术，我们的研究表明，具有AMI截肢的人体验了更大的幻影关节运动范围，减轻的疼痛水平以及假体肢体可控性的忠诚度增加了。”休·赫尔（Hugh Herr），媒体艺术与科学教授，媒体实验室的生物技术团体负责人，也是该论文的高级作者。
该论文的其他作者包括Samantha Gutierrez-Arango和媒体实验室的高级研究支持伙伴Erica以色列；麻省理工学院本科生Ashley Chia-en Teng；Hyungeun Song，《哈佛-MIT健康科学与技术计划》的研究生；Zachary Bailey，媒体实验室的前客座研究员；Matthew Carty，媒体实验室的客座科学家；和媒体实验室研究科学家Lisa Freed。
恢复感觉
控制肢体运动的大多数肌肉都会成对发生，交替伸展和收缩。这些激动剂 - 抗辩人对的一个例子是二头肌和三头肌。当您弯曲肘部时，二头肌肌肉收缩会导致三头肌伸展，并且这种伸展会使感官信息恢复到大脑。
在传统的肢体截肢过程中，这些肌肉运动受到限制，切断了这种感觉反馈，并使截肢者更难感觉到他们的假肢在太空中的位置或将其施加到这些四肢上的力量。
“当一只肌肉收缩时，另一个肌肉没有其对手活动，因此大脑会变得令人困惑，” Srinivasan说。“即使有了最先进的假肢，人们仍在视觉上不断地遵循假体，以试图将其大脑校准到设备移动的位置。”
几年前，在临床前研究中发明和科学开发了MIT生物技术组，一种新的截肢技术，该技术维持这些肌肉对之间的关系。它们没有切断每肌肉，而是连接肌肉的两端，以便它们仍然在残留的肢体中进行动态交流。在2017年对大鼠的一项研究中，他们表明，当动物收缩一对肌肉时，另一肌会伸展并将感觉信息发送回大脑。
自从这些临床前研究以来，大约25人在Brigham和妇女医院接受了AMI手术，由Carty表演，他还是Brigham和妇女医院的整形外科医生。在新的PNAS研究中，研究人员测量了15例在膝盖以下进行AMI截肢的患者的踝关节和下关节中肌肉运动的精度。这些患者在截肢过程中有两组重新连接的肌肉：控制脚踝的肌肉，以及控制下关节的肌肉，这使脚的鞋底可以向内或向外倾斜。该研究将这些患者与七个在膝盖以下传统截肢的人进行了比较。
每位患者的双腿都躺在泡沫枕头上，对每个患者进行了评估，使他们的脚伸入空中。在研究期间，患者没有穿假肢。研究人员要求他们以25、50、75或100％的全部运动范围弯曲脚踝关节（无论是完整的一个和“幻影”）。附着在每条腿上的电极使研究人员能够反复进行每个运动时测量特定肌肉的活性。
研究人员将来自截肢肢体中肌肉的电信号与完整的肢体进行了比较，发现对于AMI患者，它们非常相似。他们还发现，与传统截肢的患者相比，AMI截肢的患者能够更精确地控制其截肢肢体的肌肉。传统截肢的患者更有可能在截肢的肢体中反复进行相同的运动，而不管他们被要求弯曲多远。
“ AMI患者控制这些肌肉的能力比具有典型截肢的患者更直观，这主要与他们的大脑处理方式有关幻影肢体正在移动，”斯里尼瓦桑说。
在最近出现的论文中科学翻译医学研究人员报告说，对AMI截肢者的脑部扫描表明，与传统截肢患者相比，它们从残留肌肉中获得更多的感觉反馈。在现在正在进行的工作中，研究人员正在衡量这种能力是否可以在步行时更好地控制假肢。
行动自由
研究人员还发现了他们没有预料到的一种影响：AMI患者报告的疼痛和截肢肢体中运动自由的感觉更少。
斯里尼瓦桑说：“我们的研究不是专门为实现这一目标而设计的，但这是我们的受试者一遍又一遍地表达的情绪。他们对脚的实际感觉以及它在太空中的移动有更大的感觉。”“越来越明显的是，将肌肉恢复到正常的生理学不仅对假肢控制，而且对他们的日常心理健康也有好处。”
研究小组还开发了手术的修改版本，可以对已经有传统的人进行截肢。他们称之为“再生AMI”的过程涉及将小肌肉段作为截肢关节的激动剂和拮抗剂肌肉。他们还致力于为其他类型的截肢（包括膝盖上方和肘部上方和下方）开发AMI程序。
Herr说：“我们正在了解到这种重新布线肢体并使用备件重建该肢体正在起作用的技术，并且适用于身体的各个部位。”
进一步探索
