麻省理工學院的研究人員發(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)的肌肉對被切斷。

然而，麻省理工學院的研究小組發(fā)現(xiàn)，重新連接這些肌肉對，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，病人動態(tài)移動肌肉的能力越好，他們就能更好地控制自己。例如，一個人能越好地激活肌肉來移動他們的假踝，他們就能越好地使用他們的假體，”麻省理工學院博士后、這項研究的主要作者斯里亞·斯里尼瓦桑(Shriya Srinivasan)說。

一項將于本周發(fā)表在《美國國家科學院院刊》(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患者還報告說，他們的患肢活動更自由，疼痛更少。

“通過恢復天然激動劑-拮抗劑的肌肉運動的手術(shù)和再生技術(shù),我們的研究表明,AMI截肢的人會體驗更大的幻肢關(guān)節(jié)活動范圍，疼痛水平減少，提高了假肢可控性的保真度?！边@篇論文的高級作者Hugh Herr說。

大多數(shù)控制肢體運動的肌肉成對出現(xiàn)，交替拉伸和收縮。這些激動劑-拮抗劑對的一個例子是二頭肌和三頭肌。

當你彎曲肘部時，二頭肌收縮，導致三頭肌拉伸，拉伸將感覺信息發(fā)回大腦。

在常規(guī)截肢手術(shù)中，這些肌肉的運動受到限制，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位置，或者感覺施加在這些肢體上的力。

Srinivasan說:“當一塊肌肉收縮時，另一塊肌肉就沒有了拮抗活性，所以大腦就會收到令人困惑的信號?！盨rinivasan曾是生物機電小組的成員，現(xiàn)在在麻省理工學院科赫綜合癌癥研究所工作。

“即使使用最先進的假體，人們也會不斷地在視覺上跟隨假體，試圖根據(jù)設(shè)備移動的位置校準自己的大腦?！?/p>

幾年前，麻省理工學院的生物機電組在臨床前研究中發(fā)明并科學開發(fā)了一種新的截肢技術(shù)，可以維持這些肌肉對之間的關(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)動態(tài)地相互交流。

在2017年對老鼠的一項研究中，他們表明，當動物收縮一對肌肉中的一塊時，另一塊肌肉會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《美國國家科學院院刊》的新研究中，研究人員測量了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)肌肉運動的精度。

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)的患者進行了比較。

每個病人都是躺著進行評估的，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%的活動范圍。

每條腿上的電極可以讓研究人員在每次重復運動時測量特定肌肉的活動。

研究人員對比了截肢和完整肢體肌肉發(fā)出的電信號，發(fā)現(xiàn)對于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做同樣的動作，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動的方式有關(guān)?！?/p>

在最近發(fā)表在《科學轉(zhuǎn)化醫(yī)學》雜志上的一篇論文中，研究人員報告說，對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。

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

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

“我們的研究并不是專門為實現(xiàn)這一目標而設(shè)計的，但這是我們的研究對象反復表達的情緒。

他們對自己腳的實際感覺以及它如何在空間中移動有更大的感覺，”Srinivasan說。

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