开发出仿生手臂，恢复上肢截肢患者的自然行为

克利夫兰诊所领导的国际研究团队开发了这个仿生系统，它结合了三个重要功能——直观的运动控制、触摸和握力运动感觉，以及打开和关闭手的直观感觉。合作者包括阿尔伯塔大学和新不伦瑞克大学。

克利夫兰诊所勒纳研究所生物医学工程系副教授、首席研究员保罗·马拉斯科博士说:“我们用这种复杂的仿生系统改进了一种标准护理假肢，使佩戴者能够更直观地移动他们的假肢臂，同时感受到触摸和运动的感觉。”“这些发现是为截肢患者提供完全恢复自然手臂功能的重要一步。”

该系统是第一个通过神经-机器接口在假肢上同时测试所有三种感觉和运动功能的系统。神经机接口与佩戴者的肢体神经相连。当患者想要使用或移动假肢时，它可以使患者将大脑中的神经冲动发送到假肢上，并从环境中接收物理信息，并通过神经将其传递回大脑。

人工手臂的双向反馈和控制使研究参与者能够以与非残疾人相似的准确度执行任务。

“也许最让我们兴奋的是，它们能像没有截肢的人一样做出判断、决定、计算和纠正错误，”领导仿生集成实验室的马拉斯科博士说。“有了新的仿生肢体，人们的行为就像有了一只天然的手一样。通常情况下，有和没有上肢假肢的人的这些大脑行为是非常不同的。”Marasco医生还在克利夫兰诊所的Charles Shor癫痫中心和克利夫兰VA医疗中心的先进平台技术中心任职。

研究人员在两名上肢截肢的研究参与者身上测试了他们的新仿生肢体，这两名参与者之前都接受过定向感觉和运动神经移植——通过将被截肢的神经重定向到剩余的皮肤和肌肉上，建立了神经-机器接口。由于这项研究的规模较小，进一步的研究将是重要的。

在定向感觉神经移植中，用小型机器人触摸皮肤会激活感觉感受器，使患者能够感知触觉。在定向运动神经移植中，当患者想要移动他们的四肢时，神经移植的肌肉就会与计算机化的假体进行通信，以同样的方式移动。此外，小而强大的机器人震动这些肌肉中的动觉感受器，帮助佩戴假肢的人感觉到他们的手和手臂在移动。

在佩戴高级假肢时，参与者执行的任务反映了需要手和手臂功能的基本日常行为。利用他们新开发的先进评估工具，研究人员评估了与非残疾人和截肢者相比，使用传统假肢设备的仿生肢体的性能。他们还比较了三种感觉和运动模式同时启用和单独启用时，使用高级假肢的人的表现。

根据马拉斯科博士的说法，因为使用传统义肢的人无法感知他们的四肢，他们在日常生活中完成任务时的表现与没有截肢的人不同。例如，传统的假肢佩戴者在使用时必须不断地观察他们的假肢，当他们用手施加太多或太少的力时，他们很难学会纠正错误。

有了新的人工手臂和先进的评估工具，研究人员可以看到研究参与者的大脑和行为策略发生了变化，与没有截肢的人相匹配。他们不再需要看他们的假肢，他们可以不用看就能找到东西，他们可以更有效地纠正他们的错误。

马拉斯科博士说:“在过去的一二十年里，假肢技术的进步已经帮助佩戴者实现了更好的功能，并能自己管理日常生活。”“上肢截肢的人现在第一次能够像一个健全的人一样‘思考’，这为假肢佩戴者提供了无缝重新融入日常生活的新水平。”

除了这项研究，国际团队为评估仿生系统而开发的与大脑行为和功能相关的新结果测量可以应用于任何上肢假肢或涉及感觉和运动的缺陷。

这项研究的部分资金是由国防部的研究和发展部门国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)提供的。2018年，马拉斯科博士发表了一篇开创性的论文科学转化医学在一种恢复义肢患者自然运动感觉的新方法

视频:https://www.dropbox.com/s/7rlmgpj0ed6inrg/BionicArmAnimation_NaturalMovementandBehaviors_09012021.mp4?dl=0