Science：麻省理工学院研发仿生膝盖假肢，让截肢者重拾自然运动感知

来源：100医药网 2025-07-29 14:44

这项研究不仅为截肢者带来了生理功能的恢复，更在心理层面重建了 “完整身体” 的感知 —— 正如技术所追求的，它不仅是机械的革新，更是对 “人” 的重新定义。

在一项发表于《科学》杂志的突破性研究中，麻省理工学院的科研团队成功开发出一款名为 仿生膝盖 （bionic knee）的新型假肢。这款假肢为膝上截肢者带来了革命性改变 相比传统假肢，它能让使用者行走更快、爬楼梯更轻松，甚至能更自如地避开障碍物。

与传统假肢将残肢包裹在套筒内的设计不同，这款仿生膝盖通过直接与用户的肌肉和骨骼组织整合，实现了质的飞跃。这种整合不仅带来了更强的稳定性，更让使用者对假肢的运动拥有了前所未有的控制权。

在小型临床研究中，参与者普遍反馈： 这款新假肢感觉更像自己身体的一部分 这是传统膝上截肢者从未有过的体验。

一种与人体组织深度整合的假肢 锚定在骨骼上并由神经系统直接控制 绝非无生命的独立设备，而是一个精心融入人类生理系统的有机部分。它不再是人类使用的工具，而是 自我 的延伸。 论文通讯作者、麻省理工学院媒体艺术与科学教授 Hugh Herr 如此强调这项技术的核心突破。

神经与肌肉的 重新连接

过去几年，Herr 实验室始终致力于从截肢残留肌肉中提取神经信号，以此引导假肢运动。传统截肢手术中，成对的伸展肌与收缩肌被切断，破坏了肌肉间正常的 协同 - 拮抗关系 ，导致神经系统难以感知肌肉位置和收缩速度。

为此，Herr 团队开发了 协同 - 拮抗肌神经接口（AMI） 手术技术：在截肢手术中重新连接成对肌肉，让它们在残肢内仍能保持动态沟通。这种 对话 不仅为使用者提供了感知反馈，帮助判断肢体运动方式，还能产生控制假肢的电信号。

2024 年的研究已证实，接受 AMI 手术的膝下截肢者，行走速度和避障流畅度均显著优于传统截肢者。而在本次新研究中，团队将这一技术扩展至膝上截肢领域，目标是打造一个既能通过 AMI 读取肌肉信号，又能与骨骼整合的系统，以实现更稳定的支撑和更精准的感知反馈。

通过垂直集成的仿生截肢平台促进信息和能量交换

e-OPRA 带来的双重突破

为实现目标，Herr 团队开发了钛合金杆植入技术：将钛合金杆植入截肢残留的股骨中。这种植入物不仅比传统假肢提供了更优的机械控制和承重能力，其内部的 16 根导线还能收集 AMI 肌肉上电极传来的信息，实现肌肉信号的精准转换。

这一骨整合系统被命名为 e-OPRA ，它将 AMI 信号传输至专门开发的机器人控制器，后者通过计算所需扭矩，驱动假肢完成用户预期的动作。

所有部件协同工作，优化了身体与设备间的信息、能量交换和机械接口。我们将负荷直接施加于骨骼 这是人体本应承重的部位，而非依赖套筒。传统套筒不仅不舒适，还可能导致频繁的皮肤感染。 论文第一作者 Tony Shu 解释道。

临床验证

在新研究中，两名受试者接受了结合 AMI 与 e-OPRA 系统的 骨整合机械神经假肢（OMP） ，并与另外两类受试者对比：8 名仅接受 AMI 手术者、7 名未接受任何新技术者。所有参与者均试用了实验室研发的实验性动力膝关节假体。

团队测试了受试者的多项能力，包括屈膝至指定角度、爬楼梯和跨越障碍物等。结果显示：使用 OMP 系统的受试者在多数任务中表现最优，显著优于仅接受 AMI 手术者，更远超传统假肢使用者。

身体认同感

除了动作测试，团队还通过问卷评估了参与者对假肢的 身体认同感 即假肢在多大程度上被感知为 自身的一部分 。问题包括 是否感觉自己有两条腿 是否认为假肢是身体的一部分 是否能自如控制假肢 等，聚焦于自主感、拥有感和身体表征三个维度。

结果显示，随着研究推进，使用 OMP 系统的两名受试者在自主感和拥有感上的提升，远超其他受试者。

这篇论文的核心意义在于探讨 身体化感知 数据证明，这种感知得到了显著改善。 Herr 强调， 无论如何升级假肢的人工智能系统，若缺乏组织整合，它对用户而言永远是工具。而当整合程度足够高时，用户会真正将假肢视为身体的一部分。

目前，布莱根妇女医院已将 AMI 手术作为膝下截肢患者的常规治疗方案，Herr 预计该技术很快将成为膝上截肢的标准疗法。不过，整合型 OMP 系统仍需通过大规模临床试验，才能获得美国食品药品管理局（FDA）的商业使用批准，这一过程预计约需五年。

这项研究不仅为截肢者带来了生理功能的恢复，更在心理层面重建了 完整身体 的感知 正如技术所追求的，它不仅是机械的革新，更是对 人 的重新定义。（100yiyao.com）

参考文献：

Tony Shu et al, , Science (2025). DOI: 10.1126/science.adv3223.

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