肢体被截肢的人经常在缺失的肢体部位产生幻觉或疼痛。假肢的感觉与真实的肢体完全不同。使用假肢的人必须一直向下看，因为他们无法感知到假肢手臂或腿在空间中的位置。
麻省理工学院媒体实验室教授休·赫尔非常清楚这些问题。赫尔在高中时因登山事故双腿截肢，成年后一直与假肢作斗争。“我穿着两条仿生腿，”赫尔说，他是一位生物物理学家，也是麻省理工学院极端仿生中心的联合主任。“当我的仿生脚踝移动时，我感觉不到这种移动。”
现在，赫尔和他的同事们取得了一项进展，他们希望能够解决这些问题。在本周发表在《科学机器人学》杂志上的一篇论文中，该团队将大鼠身体其他部位的两块肌肉连接到被切断的神经末端。电学测量表明，这种激动-拮抗肌肉对可以让身体以真实的方式感知肌肉的伸展、扭矩和速度，理论上，这将有助于更好地控制假肢。尽管这项研究仅在啮齿动物身上进行，但赫尔的外科医生同事们已经开始在人类身上展示出类似的结果。
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如果这项工作能在人类身上得到充分证实，“那将是开创性的，”瑞典哥德堡大学的整形外科副教授理查德·布兰马克说，他没有参与这项研究。“如果这种[方法]真的有效，它就有创造控制的巨大新潜力，”他说。“今天的假肢控制非常差。”
无法感知假肢在空间中的位置——被称为本体感觉——是假肢的一个巨大劣势。例如，使用假肢腿的人无法闭上眼睛并在假肢上保持平衡。使用假肢手臂的人在不看的情况下无法知道肘部是否弯曲或手在哪里。他们也感觉不到假肢属于自己，这会导致所谓的“幻觉”或疼痛。
在患者被切断的神经末端提供成对的肌肉组织将使他们能够在每次运动时感知伸展和力量。赫尔说，这应该可以恢复他们的本体感觉，以及与假肢的连接感。
这些发现也可能有助于改变截肢手术，这种手术在过去的2000年中基本上没有变化——除了麻醉，麻醉不仅使手术对患者更易忍受，而且还允许外科医生在他们不愉快的任务中花费更多时间。
新的研究和相关工作表明，外科医生应该仔细解剖肢体，而不是直线锯掉肢体，以便留下覆盖神经的肌肉碎片。根据研究，仍然附有肌肉组织的神经不太可能引发疼痛，并且其信号更容易被假肢检测到。
“我认为我们正处于一个非常激动人心的时刻，在这个时刻，我们正在从根本上重新评估将人体与技术联系起来的方式，”该研究的合著者、波士顿布莱根妇女医院的工作人员外科医生马修·卡蒂说。“我认为我们的工作是对这一点的贡献，并且有可能与其他工作一起，重塑我们对一项非常古老的手术的看法。”
卡蒂也是哈佛医学院的副教授，他说他迄今已对三名患者进行了更复杂的截肢手术。“效果非常好，”他说，并补充说他目前正在撰写研究结果以供发表。
这三名患者都在赫尔的实验室里用新的假肢进行实验，这些假肢旨在读取他们保留的肌肉的电信号。卡蒂还在筛选潜在的候选人，他们之前做过截肢手术，以便通过手术恢复他们被切断的神经末端的肌肉对。成对的肌肉应该能让他们更好地控制假肢，并允许设备无线“读取”神经信号。卡蒂说，这将允许使用假肢脚的人踩油门，例如，无需看着它。
密歇根大学整形外科主任保罗·塞德纳博士率先提出了在截肢期间在神经末端留下肌肉组织的观点，并且在过去三年中对130人进行了此类实验性截肢手术。他说，他的患者效果非常好，佩戴假肢时和肢体被切断时身体可能感受到的“幻觉”疼痛都减轻了。他说，他还成功地将肌肉连接到很久以前截肢时被切断的神经末端。
塞德纳的手术涉及保留一块肌肉。塞德纳说，赫尔团队保留两块互补肌肉的见解应该会产生巨大的差异，既能让截肢者感知到假肢在空间中的位置，又能帮助下一代假肢更好地工作。“这绝对是一个很棒的想法，”他说。他和赫尔计划在未来的研究中合作。
多年来，研究人员一直试图将神经信号直接传输到假肢。但是这些信号在微伏量级，大多数假肢很难区分如此微弱的信号。肌肉将神经信号放大几个数量级。赫尔说，无线读取这些肌肉信号应该允许更有效的信号传输，他自己也进行了一些初步测试，看看他是否是该手术的合适人选。
“通过这种方法，我们非常有信心人类实际上会感觉到位置，实际上会感觉到速度，实际上会感觉到力量，”他说。“它会完全感觉像是他们自己的肢体。”