曾因攀岩事故双腿截肢，MIT教授开发连接大脑神经的仿生腿，帮助截肢者恢复正常行走

热门推荐：神经义肢接口 , 神经系统 , 运动 ,

来源：生物世界

2024-07-02

2024年7月1日，Hugh Herr 团队在国际顶尖医学期刊 Nature Medicine 上发表了题为：Continuous neural control of a bionic limb restores biomimetic gait after amputation 的研究论文。该研究开发了一种神经义肢接口，将来自大脑的信号与义肢连接，由此构建的仿生腿对人体神经系统产生完全响应，帮助使用者根据自己的想法和自然反射来行走。在14名膝下截肢人士参与的临床试验中，仿生腿帮助他们和没有截肢的健全人走得差不多快，让他们使拥有了具有更好的平衡能力以及改变速度、爬楼梯和跨越障碍的能力。

1982年，18岁的攀岩运动员 Hugh Herr 因攀岩中遭遇暴风雪，导致双腿膝盖以下截肢，经过手术和恢复后，他使用自己设计的假肢，继续攀岩运动，并取得了更好的成绩，这也让他成为第一个在运动项目中表现媲美精英级健全人的大面积截肢者。

除了运动天赋以外，Hugh Herr 还是麻省理工学院（MIT）的教授，他的实验室致力于开发可穿戴机器人系统，从而帮助像自己这样的截肢或疾病患者康复，以及增强健全人的身体机能。

2024年7月1日，Hugh Herr 团队在国际顶尖医学期刊 Nature Medicine 上发表了题为：Continuous neural control of a bionic limb restores biomimetic gait after amputation 的研究论文。

该研究开发了一种神经义肢接口，将来自大脑的信号与义肢连接，由此构建的仿生腿对人体神经系统产生完全响应，帮助使用者根据自己的想法和自然反射来行走。在14名膝下截肢人士参与的临床试验中，仿生腿帮助他们和没有截肢的健全人走得差不多快，让他们使拥有了具有更好的平衡能力以及改变速度、爬楼梯和跨越障碍的能力。

这些结果表明，即使只恢复部分神经信号传导，或许也足以实现神经义肢功能的临床相关改善。

Continuous neural control of a bionic limb restores biomimetic gait after amputation 研究论文

Hugh Herr 教授

该研究的领导者 Hugh Herr 教授表示，这是第一项展示了全神经调控下自然步态模式的研究，在这种模式下，人的大脑能100%控制仿生义肢，而不是由机器人算法控制。尽管这个义肢由钛、硅以及各种机电部件组成，但其使用起来的感觉很自然，甚至不用有意识地去思考，它就能自然移动。

当肌肉遇上机器

目前大多数现有的仿生义肢依赖于预设算法来驱动运动，并能在为各种步行状况预设的模式之间自动切换。目前前沿的仿生义肢已经能够帮助截肢者更流畅地行走、跑步和爬楼梯，但控制腿部运动的是义肢而非使用者本人，而且使用者也会感觉到该义肢并非身体的一部分。

Hugh Herr 决心改变这种情况，他和团队开发了一种神经义肢接口，利用截肢后残留的神经和肌肉发出的信号来控制义肢，具体来说，通过手术将成对的主动肌-拮抗肌与感知电极相连，这些成对的动态肌肉在残肢内通过手术构建，作为腿部截肢人士的神经义肢控制和本体感受来源。这个接口能将患者的神经控制信息传给一个外部义肢，并进一步将义肢位置和运动的本体感受传回给使用者。

接下来，研究团队进行了一项14名膝盖以下截肢患者参与的临床试验，在佩戴该仿生义肢装置之前，其中7人接受了手术，将腿部残端的成对的主动肌-拮抗肌连接在一起，不仅能够重建自然的肌肉运动，还有助于减轻疼痛，保留肌肉量，提高仿生义肢的舒适度。该仿生腿整体重量为2.75公斤，与天然小腿的平均重量相当。