光刺激能更好控制肌肉并减少疲劳

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美国麻省理工学院研究人员创新性地利用光遗传学方法，通过光而非电刺激肌肉，能更精确地控制肌肉，同时显著减少了疲劳。相关论文发表在新一期《科学·机器人》杂志上。
通过电流刺激肌肉收缩，可帮助恢复瘫痪患者的肢体功能。但在多年研究后，这种假体并未广泛使用，因为它会导致肌肉快速疲劳，而且控制力差。
光遗传学是一种基于基因工程细胞来表达光敏蛋白的方法。用光照射，就能控制细胞内的活动。这种方法此前在人类中不可行，但现在，麻省理工学院研究人员在小鼠小腿肌肉的胫神经附近植入了一个小型光源，将传统功能性电刺激方法产生的肌肉力量与光遗传学方法产生的力量进行比较。实验中，经过基因改造的小鼠能够表达一种视紫红质通道蛋白-2的光敏蛋白。
研究发现，光遗传学控制产生了稳定的、逐渐增加的肌肉收缩，光刺激几乎能按比例控制肌肉力量，类似于人类大脑信号控制肌肉的方式。此外，光遗传学控制下，肌肉接受刺激一个多小时才会疲劳，而使用功能性电刺激仅15分钟，肌肉就会疲劳。
利用这些数据，研究人员创建了数学模型，将进入系统的光量与肌肉输出（产生多少力）联系起来，设计出了一种闭环控制器。
目前依然需要克服的障碍是如何将光敏蛋白更安全地输送到人体组织中。如果成功，就能使那些因中风、截肢、脊髓损伤而肢体控制能力受损的人受益。