光刺激能更好控制肌肉并減少疲勞
張夢然
2024年05月28日08:41 來源：科技日報
美國麻省理工學院研究人員創(chuàng)新性地利用光遺傳學方法，通過光而非電刺激肌肉，能更精確地控制肌肉，同時顯著減少了疲勞。相關論文發(fā)表在新一期《科學·機器人》雜志上。
通過電流刺激肌肉收縮，可幫助恢復癱瘓患者的肢體功能。但在多年研究后，這種假體并未廣泛使用，因為它會導致肌肉快速疲勞，而且控制力差。
光遺傳學是一種基于基因工程細胞來表達光敏蛋白的方法。用光照射，就能控制細胞內(nèi)的活動。這種方法此前在人類中不可行，但現(xiàn)在，麻省理工學院研究人員在小鼠小腿肌肉的脛神經(jīng)附近植入了一個小型光源，將傳統(tǒng)功能性電刺激方法產(chǎn)生的肌肉力量與光遺傳學方法產(chǎn)生的力量進行比較。實驗中，經(jīng)過基因改造的小鼠能夠表達一種視紫紅質(zhì)通道蛋白-2的光敏蛋白。
研究發(fā)現(xiàn)，光遺傳學控制產(chǎn)生了穩(wěn)定的、逐漸增加的肌肉收縮，光刺激幾乎能按比例控制肌肉力量，類似于人類大腦信號控制肌肉的方式。此外，光遺傳學控制下，肌肉接受刺激一個多小時才會疲勞，而使用功能性電刺激僅15分鐘，肌肉就會疲勞。
利用這些數(shù)據(jù)，研究人員創(chuàng)建了數(shù)學模型，將進入系統(tǒng)的光量與肌肉輸出（產(chǎn)生多少力）聯(lián)系起來，設計出了一種閉環(huán)控制器。
目前依然需要克服的障礙是如何將光敏蛋白更安全地輸送到人體組織中。如果成功，就能使那些因中風、截肢、脊髓損傷而肢體控制能力受損的人受益。
(責編：孫紅麗、楊迪)
