肢體被截肢的人經常在缺失的肢體部位產生幻覺或疼痛。假肢的感覺與真實的肢體完全不同。使用假肢的人必須一直向下看，因為他們無法感知到假肢手臂或腿在空間中的位置。
麻省理工學院媒體實驗室教授休·赫爾非常清楚這些問題。赫爾在高中時因登山事故雙腿截肢，成年後一直與假肢作鬥爭。“我穿著兩條仿生腿，”赫爾說，他是一位生物物理學家，也是麻省理工學院極端仿生中心的聯合主任。“當我的仿生腳踝移動時，我感覺不到這種移動。”
現在，赫爾和他的同事們取得了一項進展，他們希望能夠解決這些問題。在本週發表在《科學機器人學》雜誌上的一篇論文中，該團隊將大鼠身體其他部位的兩塊肌肉連線到被切斷的神經末端。電學測量表明，這種激動-拮抗肌肉對可以讓身體以真實的方式感知肌肉的伸展、扭矩和速度，理論上，這將有助於更好地控制假肢。儘管這項研究僅在齧齒動物身上進行，但赫爾的外科醫生同事們已經開始在人類身上展示出類似的結果。
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如果這項工作能在人類身上得到充分證實，“那將是開創性的，”瑞典哥德堡大學的整形外科副教授理查德·布蘭馬克說，他沒有參與這項研究。“如果這種[方法]真的有效，它就有創造控制的巨大新潛力，”他說。“今天的假肢控制非常差。”
無法感知假肢在空間中的位置——被稱為本體感覺——是假肢的一個巨大劣勢。例如，使用假肢腿的人無法閉上眼睛並在假肢上保持平衡。使用假肢手臂的人在不看的情況下無法知道肘部是否彎曲或手在哪裡。他們也感覺不到假肢屬於自己，這會導致所謂的“幻覺”或疼痛。
在患者被切斷的神經末端提供成對的肌肉組織將使他們能夠在每次運動時感知伸展和力量。赫爾說，這應該可以恢復他們的本體感覺，以及與假肢的連線感。
這些發現也可能有助於改變截肢手術，這種手術在過去的2000年中基本上沒有變化——除了麻醉，麻醉不僅使手術對患者更易忍受，而且還允許外科醫生在他們不愉快的任務中花費更多時間。
新的研究和相關工作表明，外科醫生應該仔細解剖肢體，而不是直線鋸掉肢體，以便留下覆蓋神經的肌肉碎片。根據研究，仍然附有肌肉組織的神經不太可能引發疼痛，並且其訊號更容易被假肢檢測到。
“我認為我們正處於一個非常激動人心的時刻，在這個時刻，我們正在從根本上重新評估將人體與技術聯絡起來的方式，”該研究的合著者、波士頓布萊根婦女醫院的工作人員外科醫生馬修·卡蒂說。“我認為我們的工作是對這一點的貢獻，並且有可能與其他工作一起，重塑我們對一項非常古老的手術的看法。”
卡蒂也是哈佛醫學院的副教授，他說他迄今已對三名患者進行了更復雜的截肢手術。“效果非常好，”他說，並補充說他目前正在撰寫研究結果以供發表。
這三名患者都在赫爾的實驗室裡用新的假肢進行實驗，這些假肢旨在讀取他們保留的肌肉的電訊號。卡蒂還在篩選潛在的候選人，他們之前做過截肢手術，以便透過手術恢復他們被切斷的神經末端的肌肉對。成對的肌肉應該能讓他們更好地控制假肢，並允許裝置無線“讀取”神經訊號。卡蒂說，這將允許使用假肢腳的人踩油門，例如，無需看著它。
密歇根大學整形外科主任保羅·塞德納博士率先提出了在截肢期間在神經末端留下肌肉組織的觀點，並且在過去三年中對130人進行了此類實驗性截肢手術。他說，他的患者效果非常好，佩戴假肢時和肢體被切斷時身體可能感受到的“幻覺”疼痛都減輕了。他說，他還成功地將肌肉連線到很久以前截肢時被切斷的神經末端。
塞德納的手術涉及保留一塊肌肉。塞德納說，赫爾團隊保留兩塊互補肌肉的見解應該會產生巨大的差異，既能讓截肢者感知到假肢在空間中的位置，又能幫助下一代假肢更好地工作。“這絕對是一個很棒的想法，”他說。他和赫爾計劃在未來的研究中合作。
多年來，研究人員一直試圖將神經訊號直接傳輸到假肢。但是這些訊號在微伏量級，大多數假肢很難區分如此微弱的訊號。肌肉將神經訊號放大幾個數量級。赫爾說，無線讀取這些肌肉訊號應該允許更有效的訊號傳輸，他自己也進行了一些初步測試，看看他是否是該手術的合適人選。
“透過這種方法，我們非常有信心人類實際上會感覺到位置，實際上會感覺到速度，實際上會感覺到力量，”他說。“它會完全感覺像是他們自己的肢體。”