瑞典科研团队用植入式神经接口读出截肢者“腿部指令”为自然控制仿生假肢探路

问题:当前假肢“能走”但“难随心” 在下肢假肢应用中,步态稳定和安全是基本要求,更高的目标是让使用者像控制真实肢体一样,实现主动、精细、连续的动作控制。现实中,多数商业化腿部假肢主要依靠机械传感器和预设策略,通过压力、角度或步态相位等信息调节阻尼与动力输出。这类方案在平地行走等常见场景中较为可靠,但在上下楼、变速、跨越障碍以及需要关节精细协同的动作中,往往难以及时反映使用者意图,容易出现“设备在适应,人却在迁就”的情况。 原因:神经信号仍在,但获取与解码困难 医学与神经科学研究表明,即使肢体截除,大脑仍会沿原有神经通路向缺失肢体发出运动指令,残端神经中也可能记录到与“幻肢”有关的微弱电活动。难点在于,这些信号幅度小、成分复杂、时间动态强;同时,截肢后神经与周围组织会发生重塑,使长期稳定采集更具挑战。传统肌电控制受限于残余肌肉条件与噪声干扰,难以覆盖多自由度的复杂意图;而要更直接读取神经层面的“指令”,则对电极材料、生物相容性、植入精度以及算法匹配提出更高要求。 影响:直读“运动意图”推动假肢从机械工具走向神经接口 据研究团队介绍,他们在两名膝上截肢志愿者残肢内植入4根极细超柔性神经电极,并将电极精准放置于坐骨神经分支,用于记录受试者尝试移动“幻肢”时的神经活动。关键突破在解码方法上:团队采用脉冲神经网络等模拟神经元脉冲传递机制的算法,直接处理离散时间序列信号,使计算方式更贴近神经信号形态,从而在有限数据条件下,实现对膝关节、踝关节及足趾等动作意图的高精度识别。 此进展的意义不止于控制端。研究同时指出其“双向接口”的潜力:同一植入平台未来除读取运动指令外,还可能对神经进行精确电刺激,为使用者提供触觉或本体感觉反馈。若该方向取得系统性进展,假肢有望从“被动响应的机械装置”走向“可感知、可交互的身体延伸”,深入改善截肢者的行走安全、动作协调与适应过程。 对策:从概念验证走向可用系统仍需多维度攻关 业内普遍认为,神经接口假肢要实现工程化落地仍需跨过几道门槛:一是长期稳定性与安全性,包括电极在体耐久性、组织反应控制以及信号随时间漂移的补偿;二是系统集成能力,需要将神经信号采集、实时解码、假肢驱动控制与能耗管理整合为可穿戴、可维护的产品;三是临床评估体系,要在更大样本、更长随访周期和更多日常场景中验证收益与风险;四是伦理与监管问题,涉及植入器械适应证、数据安全、手术风险沟通以及可逆性设计等。这些环节决定了技术从实验室走向临床的节奏,也将影响其可及性。 前景:新一代仿生假肢或迈向“自然控制+感觉回传”的闭环 从本次研究展示的路径看,更具前瞻性的方向是建立闭环人机系统:大脑发出指令,经残端神经接口读取并实时解码,假肢完成动作;同时,假肢传感器将接触力、地面信息与关节状态回传至神经系统,形成更接近自然的感觉闭环。闭环系统一旦成熟,不仅有望提升行走效率,也可能降低摔倒风险与代偿性损伤,并增强截肢者对假肢的“身体归属感”。此外,这类平台还可能扩展至外周神经损伤、康复训练与神经调控等领域,推动神经工程与康复医学进一步融合。

这项融合神经科学与工程学的研究进展,正在把“读懂神经意图”从概念推向可验证的技术路径,也再次显示出人体神经系统的可塑性。随着神经信号采集、解码与反馈技术优化,假肢或将不再只是工具,而更接近使用者身体的一部分。