光刺激能更好控制肌肉并減少疲勞

　　美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員創(chuàng)新性地利用光遺傳學(xué)方法，通過光而非電刺激肌肉，能更精確地控制肌肉，同時(shí)顯著減少了疲勞。相關(guān)論文發(fā)表在新一期《科學(xué)·機(jī)器人》雜志上。

　　通過電流刺激肌肉收縮，可幫助恢復(fù)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?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致肌肉快速疲勞，而且控制力差。

　　光遺傳學(xué)是一種基于基因工程細(xì)胞來表達(dá)光敏蛋白的方法。用光照射，就能控制細(xì)胞內(nèi)的活動(dòng)。這種方法此前在人類中不可行，但現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院研究人員在小鼠小腿肌肉的脛神經(jīng)附近植入了一個(gè)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(xué)方法產(chǎn)生的力量進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過基因改造的小鼠能夠表達(dá)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(xué)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(hào)控制肌肉的方式。此外，光遺傳學(xué)控制下，肌肉接受刺激一個(gè)多小時(shí)才會(huì)疲勞，而使用功能性電刺激僅15分鐘，肌肉就會(huì)疲勞。

　　利用這些數(shù)據(jù)，研究人員創(chuàng)建了數(shù)學(xué)模型，將進(jìn)入系統(tǒng)的光量與肌肉輸出(產(chǎn)生多少力)聯(lián)系起來，設(shè)計(jì)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(fēng)、截肢、脊髓損傷而肢體控制能力受損的人受益。

（責(zé)任編輯：華康）