制造一只漂亮的機器人假肢是一回事，讓它執(zhí)行你的命令卻是另一回事。盡管所有的手形假肢都能通過接收信號彎曲每個復(fù)雜的關(guān)節(jié)，但如何將信號從佩戴者的大腦發(fā)送出去仍然是一個問題。

　　據(jù)《科學(xué)》報道，現(xiàn)在，利用手臂神經(jīng)發(fā)出的信號，研究人員讓截肢者只需思考他們想要的手指運動，就能精確控制機器假肢。這一界面依靠一組微小的肌肉移植物質(zhì)放大受試者的神經(jīng)信號，它剛剛通過了人體的第一次測試——將這些信號轉(zhuǎn)換成運動，隨著時間的推移，其準(zhǔn)確性保持穩(wěn)定。

　　“這確實是一項很有前途的工作，它為更精確的控制創(chuàng)造了新機會。”未參與該項研究的美國猶他大學(xué)神經(jīng)工程師Gregory Clark說。

　　目前大多數(shù)機器人假肢通過記錄皮膚表面的電信號來工作，這些電信號來自截肢后保留完好的肌肉。一些截肢者可以通過收縮前臂的肌肉引導(dǎo)其機器假肢，如果沒有這些肌肉，那么人們要學(xué)習(xí)使用不那么直接的動作，比如彎曲上臂的肌肉。

　　不過，相關(guān)設(shè)置可能會很繁瑣。當(dāng)人的手臂出汗、腫脹或在假肢插座中滑動時，電信號就會改變。“因此，這些設(shè)備必須一遍又一遍地校準(zhǔn)，許多人認(rèn)為整天戴著沉重的機械臂是不值得的。”麻省理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程師Shriya Srinivasan說。

　　還有另一種方法可以探測到人的預(yù)期動作——通過將大腦指令傳遞到手臂神經(jīng)。直接植入這些神經(jīng)的電線可以捕捉電信號從而控制假肢，但這些信號往往很微弱。

　　因此，研究人員試圖通過將神經(jīng)信號連接到肌肉來增強它。有人曾將神經(jīng)從手臂轉(zhuǎn)移到胸部肌肉上。然而，只有移除胸腔中現(xiàn)存的一些神經(jīng)，才能植入新神經(jīng)。正如Clark所言，“停車位上只能停一輛車”，這意味著手術(shù)可能會損害一些截肢者用來移動上臂的肌肉。

　　近10年來，密歇根大學(xué)安娜堡分校整形外科醫(yī)生Paul Cederna研究團(tuán)隊一直在開發(fā)一種替代方法，讓神經(jīng)擁有新的最小肌群。研究人員從手臂的每條主要神經(jīng)中分離出一束纖維，并將其包裹在一塊回形針大小的肌肉組織中，這些肌肉組織通常來自大腿。這個過程基本上會在人的前臂或二頭肌內(nèi)產(chǎn)生一組新的肌肉。

　　日前，在發(fā)表于《科學(xué)—轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》的一項研究中，Cederna和密歇根大學(xué)神經(jīng)工程師Cynthia Chestek描述了對這一控制步驟的首次測試。

　　研究人員報告說，在手臂不同部位截肢的3名參與者已經(jīng)植入了肌肉，在他們移植部位附近的皮膚中植入電線，可以很容易地接收到電信號。即便是肩膀附近截肢，電腦也能識別出哪些微小的肌肉在收縮以及收縮的幅度，從而分辨出不同的預(yù)期運動，例如食指和拇指的彎曲。

　　兩名參與者（均為手部截肢者）選擇了長期的電極植入，以進(jìn)一步測試他們的手部控制能力。利用“學(xué)習(xí)”將電信號轉(zhuǎn)換成預(yù)期動作的計算機算法，參與者可以在計算機屏幕上提示一只虛擬手?jǐn)[出五種姿勢中的任何一種。在控制一種名為“盧克臂”的商業(yè)假肢時，兩名參與者都可以將拇指移動到空間中的精確目標(biāo)上，并在撿起一組小木塊后將其堆疊起來。

　　假肢依賴于手部運動自然產(chǎn)生的神經(jīng)信號，所以參與者在第一次嘗試時，就可以讓假肢按照他們希望的方式移動。在不重新校準(zhǔn)系統(tǒng)的情況下，研究人員發(fā)現(xiàn)，參與者在300天后仍然保持著相同的控制程度。“它沒有理由會消失。”Chestek說，“神經(jīng)穩(wěn)定而快樂。”

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aay2857