麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種新型截肢手術(shù)，可以幫助被截肢者更好地控制殘留的肌肉，并感知他們的“幻肢”在空間中的位置。

研究人員說，這種恢復(fù)的本體感覺應(yīng)該轉(zhuǎn)化為更好地控制假肢，以及減少肢體疼痛。

在大多數(shù)截肢手術(shù)中，控制受影響關(guān)節(jié)(如肘部或腳踝)的肌肉對(duì)被切斷。

然而，麻省理工學(xué)院的研究小組發(fā)現(xiàn)，重新連接這些肌肉對(duì)，使它們保持正常的推拉關(guān)系，可以為人們提供更好的感覺反饋。

“我們的研究和之前的研究都表明，病人動(dòng)態(tài)移動(dòng)肌肉的能力越好，他們就能更好地控制自己。例如，一個(gè)人能越好地激活肌肉來移動(dòng)他們的假踝，他們就能越好地使用他們的假體，”麻省理工學(xué)院博士后、這項(xiàng)研究的主要作者斯里亞·斯里尼瓦桑(Shriya Srinivasan)說。

一項(xiàng)將于本周發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的研究表明，15名接受了這種被稱為激動(dòng)劑拮抗劑肌神經(jīng)界面(AMI)的新型手術(shù)的患者，可以比接受傳統(tǒng)截肢手術(shù)的患者更精確地控制他們的肌肉。

AMI患者還報(bào)告說，他們的患肢活動(dòng)更自由，疼痛更少。

“通過恢復(fù)天然激動(dòng)劑-拮抗劑的肌肉運(yùn)動(dòng)的手術(shù)和再生技術(shù),我們的研究表明,AMI截肢的人會(huì)體驗(yàn)更大的幻肢關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，疼痛水平減少，提高了假肢可控性的保真度。”這篇論文的高級(jí)作者Hugh Herr說。

大多數(shù)控制肢體運(yùn)動(dòng)的肌肉成對(duì)出現(xiàn)，交替拉伸和收縮。這些激動(dòng)劑-拮抗劑對(duì)的一個(gè)例子是二頭肌和三頭肌。

當(dāng)你彎曲肘部時(shí)，二頭肌收縮，導(dǎo)致三頭肌拉伸，拉伸將感覺信息發(fā)回大腦。

在常規(guī)截肢手術(shù)中，這些肌肉的運(yùn)動(dòng)受到限制，切斷了這種感覺反饋，使得截肢者更難感覺到他們的假肢在空間的哪個(gè)位置，或者感覺施加在這些肢體上的力。

Srinivasan說:“當(dāng)一塊肌肉收縮時(shí)，另一塊肌肉就沒有了拮抗活性，所以大腦就會(huì)收到令人困惑的信號(hào)。”Srinivasan曾是生物機(jī)電小組的成員，現(xiàn)在在麻省理工學(xué)院科赫綜合癌癥研究所工作。

“即使使用最先進(jìn)的假體，人們也會(huì)不斷地在視覺上跟隨假體，試圖根據(jù)設(shè)備移動(dòng)的位置校準(zhǔn)自己的大腦。”

幾年前，麻省理工學(xué)院的生物機(jī)電組在臨床前研究中發(fā)明并科學(xué)開發(fā)了一種新的截肢技術(shù)，可以維持這些肌肉對(duì)之間的關(guān)系。

它們并沒有切斷每一塊肌肉，而是連接了肌肉的兩端，這樣它們?nèi)匀豢梢栽跉堉珒?nèi)動(dòng)態(tài)地相互交流。

在2017年對(duì)老鼠的一項(xiàng)研究中，他們表明，當(dāng)動(dòng)物收縮一對(duì)肌肉中的一塊時(shí)，另一塊肌肉會(huì)拉伸并將感覺信息發(fā)送回大腦。

在這些臨床前研究之后，大約有25人在布里格姆婦女醫(yī)院(Brigham and Women's Hospital)接受了AMI手術(shù)，手術(shù)由卡蒂(Carty)完成，她也是布里格姆婦女醫(yī)院(Brigham and Women's Hospital)的整形外科醫(yī)生。

在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》的新研究中，研究人員測(cè)量了15名膝關(guān)節(jié)以下AMI截肢患者的踝關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)肌肉運(yùn)動(dòng)的精度。

這些患者在截肢過程中重新連接了兩組肌肉:控制踝關(guān)節(jié)的肌肉和控制距下關(guān)節(jié)的肌肉，后者允許腳底向內(nèi)或向外傾斜。

該研究將這些患者與7名接受膝關(guān)節(jié)以下傳統(tǒng)截肢手術(shù)的患者進(jìn)行了比較。

每個(gè)病人都是躺著進(jìn)行評(píng)估的，腿支在泡沫枕頭上，讓他們的腳可以伸到空中。

患者在研究期間沒有佩戴義肢。

研究人員要求他們將踝關(guān)節(jié)——包括完整的踝關(guān)節(jié)和“幻肢”踝關(guān)節(jié)——彎曲25、50、75或100%的活動(dòng)范圍。

每條腿上的電極可以讓研究人員在每次重復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)量特定肌肉的活動(dòng)。

研究人員對(duì)比了截肢和完整肢體肌肉發(fā)出的電信號(hào)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于AMI患者來說，兩者非常相似。

他們還發(fā)現(xiàn)，與接受傳統(tǒng)截肢手術(shù)的患者相比，接受AMI截肢手術(shù)的患者能夠更精確地控制被截肢肢體的肌肉。

接受傳統(tǒng)截肢手術(shù)的患者更有可能在他們被截肢的肢體上反復(fù)做同樣的動(dòng)作，而不管他們的踝關(guān)節(jié)被要求彎曲多大。

Srinivasan說:“AMI患者控制這些肌肉的能力比那些典型截肢患者更直觀，這在很大程度上與他們的大腦處理幻肢運(yùn)動(dòng)的方式有關(guān)。”

在最近發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上的一篇論文中，研究人員報(bào)告說，對(duì)AMI截肢患者的大腦掃描顯示，他們從殘留的肌肉中獲得了比傳統(tǒng)截肢患者更多的感覺反饋。

在目前正在進(jìn)行的工作中，研究人員正在測(cè)量這種能力是否可以在行走時(shí)更好地控制假肢。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)他們沒有預(yù)料到的效果:AMI患者報(bào)告說，他們被截肢的肢體疼痛更少，活動(dòng)更自由。

“我們的研究并不是專門為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，但這是我們的研究對(duì)象反復(fù)表達(dá)的情緒。

他們對(duì)自己腳的實(shí)際感覺以及它如何在空間中移動(dòng)有更大的感覺，”Srinivasan說。

“越來越明顯的是，恢復(fù)肌肉的正常生理機(jī)能不僅對(duì)假肢控制有好處，而且對(duì)他們的日常精神健康也有好處。”