日本靜岡大學綜合科學技術研究科的安藤瑠稱（研究生）和板口典弘助教（現爲慶應義塾大學文學部助教）宣佈，透過研究發現，義手的重量會導致高於正常情況的運動軌跡，這可能是導致義手難以使用的終極因數。這些發現是透過進行實驗調查附加在手臂上的重量對動作運動軌跡的影響而取得的。高運動軌跡需要更大的肌肉輸出，因此這可能是使用者感到不適的主要原因。該成果有助於開發更易於使用的義手。相關内容已經發布在國際科學期刊《Experimental Brain Research》3月23日號上。
伸手運動及伸手抓取運動實驗。A爲實驗環境的俯瞰模式圖，B爲戴上重物時的狀態，C爲分析指標（供圖：靜岡大學板口研究室）
義手有很多種類，隨着技術的進步，近年來還開發出了可以電動控制手指開合等動作的義手，但很多人使用一段時間後就放棄了。不少人都是因爲重量的終極因數而放棄的。另一方面，此前一直沒有詳細調查過義手的重量對使用者運動的影響。
此次安藤等人爲明確因義手的重量而導致使用困難的運動學因素，設計了一個實驗。爲類比穿脫義手帶來的手臂重量變化，調查了在日常動作中向遠處伸手的「伸手運動」和伸手抓住物體的「伸手抓取運動」中，手臂的重量變化會如何改變運動軌跡。
20名健康人（主要爲學生）參加了實驗。參與者將右手置於桌子上，實施了朝30釐米處伸手的「伸手運動」和伸手抓住物體「伸手抓取運動」實驗，並利用上方設置的動作捕捉相機記錄了實驗情況。爲調查手臂重量變化的影響，參與者對所有3種重量（0克、100克、200克）的變化模式分別測試了10次，每種運動共測試70次，連續測試了兩種運動。
分析以先行研究爲基礎，以手離開起始位元置到達遠處目標位置或者抓取目標物體時的拋物線軌跡中的手腕最大高度爲指標。
結果顯示，無論哪種運動，在手臂重量發生變化後運動軌跡都會發生變化，手臂重量變輕時運動軌跡會升高。這被認爲是參與者在前一次測試中基於手臂狀態進行肌肉輸出的結果。
但是，只有在200克重量條件下的「伸手抓取運動」中，第9次和第10次測試時手臂的最大高度高於其他測試。這表明，受試者在手臂較重的條件下會透過選擇高運動軌跡來確保運動成功。這種變化並沒有發生在「伸手運動」中，因爲它比「伸手抓取運動」所要求的精度低。由此可見，在要求的精度比較低的運動中，手臂重量對運動軌跡的影響較小。
這些結果表明，剛剛戴上或取下義手後可能會影響運動的穩定性。
義手的重量各不相同，既有用3D列印機列印的輕型款（數百克），也有擷取肌肉訊號的肌電義手等重型款（數公斤）。另一方面，義手並不是在手臂截肢後立即佩戴，而是要等傷口癒合和復健訓練後，需要幾個月的時間。因此，患者佩戴義手後會預設手臂仍是截肢後的重量，需要適應佩戴義手後的重量。
此次實驗研究了患者的手臂臨時突然發生變化時的運動，發現僅200克的重量就會改變抓取物體的運動軌跡。
安藤表示：「此次調查了手臂重量變化的短期影響，目前正透過實驗調查長期變化對伸手抓取運動的影響。這些結果有助於瞭解我們大腦中的抓取運動控制機制。今後還考慮以真正的截肢患者爲物件進行實驗。爲調查與腦功能的關係，還打算以腦傷患者爲物件進行實驗。」
【論文資訊】
發表期刊：Experimental Brain Research
論文題目：The heavier the arm, the higher the action: the effects of forearm-weight changes on reach-tograsp movements.
DOI：10.1007/s00221-022-06350-6
URL：link.springer.com/article/10.1007/s00221-022-06350-6
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
