MIT实现植入仿生腿自然走路：重建人体，成为赛博格 |赛博格在路上06

封面：在做饭的赛博格

CyberDaily：

这是第6期的《赛博格在路上》

本期，我们着重分享来自MIT最新的研究实验成果

通过植入仿生腿，通过神经接口，让人类感知仿生义肢与本体融为一体，大脑意念控制仿生腿自然步态，爬楼梯...

本期1条脑机接口、仿生义肢、仿生植入物、仿生眼的内容

以及2050年的一天早晨。

一直以来，科学家通过仿生技术开发仿生义肢，帮助先天或事故导致残障的人士，恢复行动的能力，通常大多数的仿生义肢以穿戴式肌电控制，依赖传感器，但并非自然融合到人体当中，以真正达到类人自然手和腿的感知和行动能力。因而，一些科学家则通过将仿生义肢接入残缺肢体部分，通过AI算法驱动，大脑神经信号直接控制义肢活动，达到无缝自然的效果。

这种像是科幻电影里的场景，已经陆续在实验和临床应用。早前，CyberDaily分享的CBPR实验室（Center for Bionics and Pain Research）为来自芬兰的Karin女子植入仿生手，让她能够使用新的仿生手完成一些细致的生活操作。比如从桌面上捡起个别硬币。这款仿生手恢复了基本的触觉，如果她用仿生拇指和食指捏住一个物体，通过AI系统向她的神经系统反馈的信息，她可以感受到它的硬软程度。

那么腿呢？最近，麻省理工学院的研究人员的一项测试中，可以让一名腿部残障的患者，通过植入仿生腿，以神经接口的方式让患者可以意念控制仿生腿走楼梯、步行，看上去就像是自然腿一样。

我们了解到，麻省理工学院（MIT）的研究人员与布莱根妇女医院的同事合作，在对七名接受手术的患者的研究中，通过一种全新的手术干预和神经假肢接口，展示了由人体神经系统完全驱动的假肢如何实现自然步态。这种外科截肢手术重新连接残肢的肌肉，使患者能够接收到关于假肢位置的“本体感受”反馈。

使得他们的步行速度更快，能够更自然地避开障碍物并爬楼梯，相比传统截肢的患者，表现更为出色，可以看下面的视频感受下：

“这是历史上首次证明腿部假肢在完全神经调制下可以产生生物模仿步态的研究。在这个过程中，运动由人体神经系统控制，而不是由机器算法控制。”主导这项研究的MIT媒体艺术与科学教授、K. Lisa Yang仿生中心联合主任、MIT麦戈文脑研究所（McGovern Institute for Brain Research）副成员Hugh Herr讲到。

患者在接受这种称为拮抗肌肉接合神经接口（AMI）的手术后，还发现疼痛减轻，肌肉萎缩也减少。目前，全球已有大约60名患者接受了这种手术，这种手术同样适用于手臂截肢的患者。

AMI：让患者闭眼也能获得自然感觉

大多数肢体运动由成对的肌肉交替拉伸和收缩来控制。在传统的膝下截肢中，这些成对肌肉的相互作用被打破，导致神经系统难以感知肌肉的位置和收缩速度，这些感知对于大脑决定如何移动肢体至关重要。没有这种感觉反馈的患者难以准确控制假肢，只能依赖假肢内置的机器人控制器。这些假肢虽然包括能够检测并适应坡度和障碍物的传感器，但使用者无法实现自然步态。

为了实现由神经系统完全控制的自然步态，Herr和他的团队几年前开始开发AMI手术。而首次在人体中的应用是在2018年，通过手术在一位膝下截肢患者的残肢内构建了两个AMI，在这种手术中，他们将肌肉的两端重新连接，保留其在残肢内的动态交互。手术可以在初次截肢时进行，也可以在后期修正手术中完成。而这些AMI向机器人踝足假体的关节发送控制信号，并向患者的中枢神经系统提供本体感觉信息。患者即使闭眼也能体验到脚踝位置和运动的自然感觉，并且对仿生假肢的运动有更好的有意控制。

仿生设计师休·赫尔在TED演讲到，人类很快就会拥有新的身体，从而永远模糊自然世界和合成世界之间的界限。在一次令人难忘的演讲中，他详细介绍了“NeuroEmbodied Design”，这是他在麻省理工学院开发的一种创建机器人功能的方法。

通过AMI手术，尽可能多地保持原生肌肉的生理连接，使得截肢后人们能够通过生理水平的本体感受和运动范围控制他们的“幻肢”。在2021年的一项研究中，Herr的实验室发现接受这种手术的患者能够更精确地控制截肢肢体的肌肉，并且这些肌肉产生的电信号与健全肢体相似。

新的研究进一步探讨了这些电信号是否能为假肢生成命令，同时反馈假肢在空间中的位置，佩戴者可以利用这些本体感受反馈自愿调整步态。

最终研究成果：平滑、近乎自然的步行能力和避障能力

研究发现，这种感官反馈确实转化为平滑、近乎自然的步行能力和避障能力。与传统膝下截肢患者相比，接受AMI手术的患者能更快地步行，且可轻松地避开障碍物。他们还展示了更自然的动作，例如上楼时脚踢向上移动、跨过障碍物，以及更好地协调假肢和健肢的动作。

尽管AMI提供的感觉反馈量不到普通人正常接收量的20%，但研究表明，少量的神经反馈也可以显著恢复假肢的神经控制能力，支持行走速度、适应不同地形及避开障碍物等功能的实现。

未来：重建人体，成为赛博格

该研究的合著者、布莱根妇女医院外科医生及哈佛医学院副教授Matthew Carty认为，这项工作代表了在恢复严重肢体损伤患者功能上的又一步进展，通过这样的合作努力，能够在患者护理上实现重大进展。

最终，Herr实验室的目标是“重建人体”，而不是让人们依赖越来越复杂的机器人控制器和传感器，因为这些工具虽强大但无法让用户感觉其为身体的一部分。与此相对，他们希望全面连接人类大脑与电子机械，以使假肢成为使用者身体的自然延伸。

换句话说，我们正成为赛博格与迈向超人类之路。

参考引用资料

[1]https://www.media.mit.edu/projects/agonist-antagonist-myoneural-interface-ami/overview/

[2]https://news.mit.edu/2024/prosthesis-helps-people-with-amputation-walk-naturally-0701

[3]https://www.nature.com/articles/s41591-024-02994-9

2050年的一天早晨

后记

赛博格是一个身份，但更多的价值显现是，人们通过接入脑机接口或、仿生义肢，得以恢复正常的活动能力，去体验广阔的生活，这是每个人的权利。

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赛博空间、超人主义、未来主义

-未来已来，只是分布不均匀-