互动科普

闭上双眼，将两只手指相触。帮助你完成这个动作的感觉是本体感受，一种将你的身体部位在哪，以及它们在做什么反馈给大脑的机制。“本体感受对人类的肢体运动至关重要，”麻省理工学院的生物医学工程师泰勒·克莱特斯（Tyler Clites）说。

在用神经系统控制机器人肢体方面，科学家已经取得了巨大进步，但在让机器人拥有本体感受方面，仍面临很大的挑战。不过现在，麻省理工学院生物力学工程师休·赫尔（Hugh Herr）领导的团队制造了一条具有本体感受的假腿。“这弥补了假肢一直以来的不足，”克里夫兰诊所（Cleveland Clinic）的生物医学工程师保罗·马拉思科（Paul Marasco，未参与此项研究）评价道。

肌肉之间是相连的，因此当一块肌肉伸展时另一块就会收缩，这是肢体位置感觉的核心。在传统的截肢手术中，医生会将尚存的肌肉与骨头相连，这会限制运动并打破肌肉间的动态关系。新技术将新的肌肉对移植到膝关节截肢患者的截肢部位，通过皮肤电极捕捉移植肌肉中的电活动，进而控制假肢踝关节中的马达，假肢脚部的传感器再将本体感受反馈给肌肉。相关研究已经发表在5月的《科学·转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。“找回失去的本体感受，并构建一个系统来操控它，这是很大的突破，”马拉思科说。

这个过程，让患者的肢体控制水平几乎可以恢复到截肢前。爬楼梯时，患者会下意识地像未受伤的人一样去弯曲假肢。“这是对应急反射行为（即重要但无意识的反射行为）的首次演示，在我们行走在复杂地形上时，就会出现这种反射行为，”论文的第一作者克莱特斯说。研究人员表明，它们还首次发现，在脚踝扭矩传感器中加入反馈机制，可使病人更精确地控制踩踏的力度。“其中的创新点在于，向大脑提供可解析的反馈信号，从而使大脑感觉到肢体的位置、速度和力量，”克莱特斯解释到。

新假肢让患者体会到了一种归属感。“患者对此的描述更能说明问题，比如‘那个机器变成了我身体的一部分’，以及‘我的腿又回来了’，”赫尔说，他本人就是一个截肢者。当患者的女儿问他是否感觉像个半机械人时，他告诉她，“不是的，我感觉我有了一只真的脚。”