植入物和機器人手臂如何讓癱瘓的男人重新獲得感覺

植入物和機器人手臂如何讓癱瘓的男人重新獲得感覺

Nathan Copeland是一名28歲的男子,他在車禍後感覺不到或移動了他的下臂和腿,通過他用大腦控制的機器人手臂重新獲得了觸覺。

Copeland的手術涉及植入四個微小的微電極陣列,每個陣列大約是他大腦中一個襯衫鈕扣的一半,是醫學上的第一次。

植入物連接到由匹茲堡大學的研究人員開發的腦計算機接口(BCI)。 該團隊描述了結果 科學 - 轉化醫學.

研究合著者,神經生物學教授,系統神經科學系主席安德魯·B·施瓦茲(Andrew B. Schwartz)說:“這項研究的最重要結果是,對感覺皮層的微刺激可以引起自然感覺,而不是刺痛。” 這種刺激是安全的,誘發的感覺在數月內穩定。

“仍然需要開展大量研究,以更好地了解幫助患者做出更好運動所需的刺激模式。”

這不是球隊首次嘗試BCI。 四年前,研究合著者Jennifer Collinger,物理醫學和康復助理教授,以及VA匹茲堡醫療保健系統的研究科學家,該團隊展示了一個幫助Jan Scheuermann的BCI,他患有退行性疾病引起的四肢癱瘓。 Scheuermann給自己餵食巧克力的視頻 在世界各地都可以看到使用心靈控制的機器人手臂。 在那之前,Tim Hemmes因摩托車事故而癱瘓, 伸出雙手與女友接觸.

但是我們的手臂自然地移動並與我們周圍的環境相互作用的方式不僅僅是思考和移動正確的肌肉。 我們能夠通過觸摸來區分一塊蛋糕和蘇打水,比罐頭更輕柔地撿起蛋糕。 我們從觸覺中獲得的持續反饋至關重要,因為它告訴大腦在哪裡移動以及移動多少。

研究負責人Robert Gaunt,物理醫學和康復助理教授,這是BCI的下一步。

當Gaunt及其同事正在尋找合適的候選者時,他們開發並改進了他們的系統,使得來自機器人手臂的輸入通過植入大腦中的微電極陣列傳輸,其中控製手部運動和触摸的神經元位於其中。 由Blackrock Microsystems開發的微電極陣列及其控制系統,以及由約翰霍普金斯大學應用物理實驗室建造的機器人手臂,形成了所有這些難題。

科普蘭的故事

在2004的冬天,當時是18的Copeland在陰雨天氣中駕駛,當時他在一次車禍中撞傷了他的脖子並使他的脊髓受傷,讓他從上胸部向下四肢癱瘓。


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事故發生後,他參加了一個願意參加臨床試驗的患者登記冊。 近十年後,研究小組詢問他是否有興趣參加實驗研究。

在他通過篩選測試後,Copeland去年春天被推進了手術室。 成像技術用於識別谷輪大腦中與每個手指和手掌的感覺相對應的確切區域。

“我能感受到每一根手指 - 這是一種非常奇怪的感覺,”科普蘭說,手術後一個月左右。 “有時它會感覺到電氣,有時會感覺到壓力,但在大多數情況下,我能夠準確地判斷出大部分手指。 感覺就像我的手指被觸摸或推動一樣。“

研究聯合研究員和神經外科醫生Elizabeth Tyler-Kabara解釋說,此時,Copeland可以感受到壓力並在一定程度上區分其強度,儘管他無法確定某種物質是熱還是冷。

岡特說,關於這項工作的一切都是為了利用大腦自然的,現有的能力,讓人們回歸失去但卻不被遺忘的東西。

“最終目標是創造一個移動和感覺就像天然手臂一樣的系統,”岡特說。 “我們還有很長的路要走,但這是一個很好的開始。”

國防高級研究計劃局的革命性假肢計劃提供了大部分資金。

資源: 美國匹茲堡大學

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