在上肢截肢后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)與肢體末端之間的通信通路被物理中斷。原本由數(shù)千個(gè)α型運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元精確調(diào)控的骨骼肌活動(dòng)就此喪失，導(dǎo)致患者不僅失去肢體功能，也失去了通過自然神經(jīng)通路表達(dá)運(yùn)動(dòng)意圖的能力。為重建這一通路，靶向肌肉再神經(jīng)化（Targeted Muscle Reinnervation,TMR）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過外科手段將支配缺失肢體的周圍神經(jīng)束移植至去神經(jīng)化的殘余或移植肌肉中，使這些神經(jīng)重新支配新的肌組織，從而保留其功能性輸出。

然而，傳統(tǒng)TMR面臨一個(gè)關(guān)鍵瓶頸：多個(gè)神經(jīng)束常被引導(dǎo)至同一塊目標(biāo)肌肉。當(dāng)這些神經(jīng)同時(shí)激活時(shí)，它們產(chǎn)生的肌電圖（EMG）信號(hào)在空間和時(shí)間上高度重疊，難以區(qū)分各自對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)意圖。這種信號(hào)混雜嚴(yán)重限制了假肢控制的自由度和特異性——系統(tǒng)無法判斷用戶是想“握拳”還是“伸展手腕”，因?yàn)閮烧呖赡芗せ钔粔K再神經(jīng)化肌肉的不同神經(jīng)輸入。

英國帝國理工學(xué)院Dario Farina團(tuán)隊(duì)近期的研究突破，正是針對(duì)這一核心問題提出的系統(tǒng)性解決方案。他們并未依賴傳統(tǒng)的外科神經(jīng)切斷以物理隔離信號(hào)源，而是另辟蹊徑：將多束神經(jīng)同時(shí)再神經(jīng)化至同一肌肉，并借助高密度微電極陣列（high-density microelectrode arrays）進(jìn)行精細(xì)記錄，再結(jié)合先進(jìn)的數(shù)學(xué)源分離算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合EMG信號(hào)的“解卷積”。

這項(xiàng)工作的技術(shù)核心在于三重創(chuàng)新的融合：多神經(jīng)元TMR手術(shù)設(shè)計(jì)、高密度微電極植入記錄、以及基于運(yùn)動(dòng)單位脈沖序列的計(jì)算解碼。

首先，在手術(shù)層面，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)上肢截肢患者實(shí)施了多束神經(jīng)的協(xié)同再神經(jīng)化。具體而言，他們將原本支配不同上肢功能（如屈指、伸腕、旋前等）的四組周圍神經(jīng)分別移植至四塊獨(dú)立的目標(biāo)肌肉。每塊肌肉因此接收來自多個(gè)功能相關(guān)神經(jīng)束的支配。這種設(shè)計(jì)保留了神經(jīng)原有的功能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，避免了因神經(jīng)切斷導(dǎo)致的信息丟失，同時(shí)也為后續(xù)信號(hào)分離提供了生物學(xué)基礎(chǔ)。

其次，在信號(hào)采集端，研究者采用了高密度微電極陣列植入技術(shù)。與傳統(tǒng)表面EMG電極僅能獲取宏觀肌肉活動(dòng)不同，微電極陣列能夠以亞毫米級(jí)空間分辨率記錄肌肉內(nèi)部多個(gè)位點(diǎn)的電活動(dòng)。這種高維時(shí)空采樣能力，使得即使在同一肌肉內(nèi)，來自不同神經(jīng)束支配區(qū)域的局部場(chǎng)電位也能被有效捕捉。微電極的高選擇性成為后續(xù)信號(hào)分離的前提。

最關(guān)鍵的是第三步：數(shù)學(xué)源分離。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套基于運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位（MUAP）模板匹配與脈沖序列反卷積的算法。通過對(duì)高密度EMG數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，他們成功將每塊再神經(jīng)化肌肉的混合信號(hào)還原為多個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單位脈沖序列（motor unit spike trains）。每個(gè)脈沖序列對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及其支配的肌纖維群。

令人矚目的是，當(dāng)受試者執(zhí)行不同上肢功能任務(wù)（如抓握、捏取、旋臂等）時(shí)，這些解卷積出的運(yùn)動(dòng)單位并非隨機(jī)激活，而是呈現(xiàn)出明顯的集群分布。換言之，執(zhí)行“握拳”任務(wù)時(shí)激活的一組運(yùn)動(dòng)單位，與執(zhí)行“伸展手指”時(shí)激活的另一組，在神經(jīng)編碼空間中形成可區(qū)分的聚類。這種功能特異性的神經(jīng)集群，直接反映了中樞運(yùn)動(dòng)指令的原始組織邏輯。

這一發(fā)現(xiàn)具有雙重意義。其一，它驗(yàn)證了即使在再神經(jīng)化肌肉中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)仍能維持對(duì)不同運(yùn)動(dòng)功能的獨(dú)立編碼；其二，它證明無需物理切斷神經(jīng)，僅通過計(jì)算手段即可實(shí)現(xiàn)多神經(jīng)指令的分離。這極大簡(jiǎn)化了手術(shù)流程，降低了神經(jīng)損傷風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高了接口的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

更重要的是，該方法實(shí)現(xiàn)了“單肌肉多指令”的提取。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，一塊肌肉只能對(duì)應(yīng)一種控制信號(hào)。但本研究顯示，只要神經(jīng)輸入來源多樣且記錄足夠精細(xì)，一塊再神經(jīng)化肌肉可承載多個(gè)獨(dú)立的控制通道。這意味著在有限的殘肢空間內(nèi)，可通過更少的肌肉移植實(shí)現(xiàn)更高的控制自由度——這對(duì)高位截肢患者尤為重要。

從技術(shù)路徑看，這項(xiàng)工作標(biāo)志著生物神經(jīng)接口從“粗粒度映射”向“細(xì)粒度解碼”的范式轉(zhuǎn)變。過去，假肢控制多依賴整體EMG幅度與預(yù)設(shè)動(dòng)作的簡(jiǎn)單映射（如EMG強(qiáng)=握緊，弱=松開）。而Farina團(tuán)隊(duì)的方法則深入到運(yùn)動(dòng)單位層面，直接讀取神經(jīng)系統(tǒng)的原始編碼單元。這種“自下而上”的解碼策略，更貼近生理機(jī)制，也為未來實(shí)現(xiàn)直覺式、低延遲、高自由度的假肢控制鋪平了道路。

值得注意的是，整個(gè)系統(tǒng)依賴于微電極陣列的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和信號(hào)質(zhì)量。雖然論文未詳述植入細(xì)節(jié)，但高密度微電極在慢性植入中的生物相容性、信號(hào)衰減及組織反應(yīng)仍是臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。此外，源分離算法的實(shí)時(shí)性與魯棒性也需在動(dòng)態(tài)、噪聲環(huán)境下進(jìn)一步驗(yàn)證。

盡管如此，該研究無疑為神經(jīng)假肢領(lǐng)域樹立了一個(gè)新標(biāo)桿。它不再將神經(jīng)信號(hào)視為不可分割的整體，而是將其視為可解析、可分離的信息流。通過微電極陣列這一“神經(jīng)顯微鏡”，研究者得以窺見再神經(jīng)化肌肉內(nèi)部的精細(xì)神經(jīng)活動(dòng)圖譜，并據(jù)此重建用戶的運(yùn)動(dòng)意圖。

總結(jié)而言，Dario Farina團(tuán)隊(duì)的工作展示了工程、神經(jīng)科學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)深度交叉的力量。他們沒有試圖改變神經(jīng)的自然連接方式，而是通過高精度記錄與智能解碼，讓混雜的信號(hào)“各歸其位”。這種尊重生理、借力計(jì)算的思路，或許正是下一代神經(jīng)接口發(fā)展的正確方向。

未來，若能將此類微電極-解碼系統(tǒng)與閉環(huán)感覺反饋結(jié)合，或?qū)⒄嬲龑?shí)現(xiàn)“有感覺、能思考、會(huì)執(zhí)行”的智能假肢。而這一切的起點(diǎn)，正是那幾根植入肌肉的微電極，以及它們所捕捉到的、來自大腦深處的無聲指令。