神経システム制御の義足により、切断者が自然な歩行と障害回避が可能に

Tokyo高度な義足は人々がよりよく歩くのを助けますが、脳によって完全に制御されるわけではありません。それらは、センサーとモーターを使用して、あらかじめ設定されたプログラムに基づいて動きます。MITとブリガム＆ウィメンズ病院の研究者たちは、神経系によって完全に制御される新しい義足を開発しました。これにより、使用者はより自然に歩くことができます。

新しい手術であるアゴニスト・アンタゴニスト神経筋インターフェイス（AMI）は、残った部分の筋肉を再接続することで、患者が義肢の位置を感じられるようにします。この手術を受けた7人の患者に関する研究では、改善が見られたことが報告されています。

• 歩行速度の向上
• 障害物の回避が容易になる
• 階段の昇降がスムーズになる

MITの教授ヒュー・ハー氏によると、この研究は神経系によって完全に制御される脚の義足を示す初めてのものであると言います。患者は痛みが軽減され、筋肉の衰弱も減少しました。この手術は世界中で約60人の患者に実施されており、脚や腕の切断にも適用可能です。

ほとんどの手足の動きは、対になった筋肉によってコントロールされています。従来の切断方法では、これらの筋肉の相互作用が妨げられます。これにより、神経系が筋肉の位置を感知するのが難しくなり、脳が手足の動きを制御するために重要な役割を果たします。その結果、従来の切断を受けた人々は、手足が空間のどこにあるのかを把握することが難しくなり、義手や義足にはロボット制御装置に依存せざるを得なくなります。

AMI手術は筋肉が自然に協調して働くのを助けます。この手術では筋肉の端をつなげ、残った部分での相互作用を可能にします。手術は初回の切断時やその後の改訂時に行うことができます。ヘア氏は説明します。「私たちは一緒に働く筋肉を、生理学的に接続します。これにより、個人は全ての<強調>ファントムリム</強調>を動かすことが可能になります。」

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研究者たちは、再接続された筋肉からの信号が義肢を操作できるかどうかを調査しました。また、義肢の位置に関する情報がユーザーに提供されるかどうかも検討しました。「Nature Medicine」に掲載されたこの研究は、このフィードバックによってユーザーがほぼ通常の歩行が可能になることを示しました。

この研究では、AMI手術を受けた7人と通常の切断手術を受けた7人を対象に調査が行われました。全員が、筋肉の信号を検知するセンサーを搭載した動力付きの足首を持つ同じバイオニック義肢を使用しました。研究者たちは、異なる課題でそれらをテストしました。

• 平地を歩く
• 坂を上る
• 坂を下る
• 階段を上り下りする
• 障害物を避けながら歩く

AMIインターフェースを使用した人々は、より速く自然に歩くようになりました。階段を上るときにはつま先を持ち上げ、義足と健足の動きをよりうまく調整しました。また、両足がある人と同じくらいの力で地面を蹴ることができました。

通常の感覚によるフィードバックが20%以下であっても、自然な行動が現れました。MITのメディアラボのポストドクターであるソン・ヒョンウン氏はその重要性を強調しました。「神経フィードバックがわずかに増加することで、バイオニック制御が大幅に向上します」と彼は述べました。これにより、個人は歩行速度を変えたり、さまざまな地面の状態に適応したり、障害物を避けたりすることが可能になります。

ブリガム・アンド・ウィメンズ病院の外科医、マシュー・カーシー博士はチームワークの重要性を強調しました。「一緒に働くことが、患者ケアの大きな改善につながります」と彼は言います。ヘル研究室は、脳と義肢を完全に接続することに力を注いでいます。彼らの目標は、ユーザーが義肢を単なる機械的な道具ではなく、身体の一部として感じられるようにすることです。