``心靈控制''的仿生設備如何幫助四足動物走

大腦植入物向仿生假肢到全身“外骨骼”發送信號

隨著“心靈控制”仿生設備的發展,今天,“仿生設備”的發展又邁進了一步。 自然生物技術論文 描述了一個小型的,包含3電極的12cm長的支架如何有一天能幫助患有脊髓損傷的人們以思維的力量行走。

該設備被稱為“ stentrode”,被插入頸部的頸靜脈並向上推動靜脈,直到到達大腦的運動皮層,該皮層負責肌肉活動。

我曾經是39團隊的成員,負責開發和測試該設備,我們現在正計劃明年在維多利亞州進行臨床試驗。

它如何運作?

支架桿在運動皮層旁邊的位置使它能夠接收啟動運動的神經信號。 它將這些信號沿12微導線發送到計算機接口。


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在這裡,信號被轉換成可以操縱任何東西的信息,從仿生假肢到全身外骨骼(一種變形型外部骨骼)。

這項工作建立在以前的研究的基礎上,該研究在2002中發現 猴子可以移動電腦光標 以思想的力量。 這表明,僅憑思想就可以控制仿生肢體。

接下來,研究人員使用了電極裝置,例如 猶他州電極陣列,並通過外科手術將它們植入頭骨下方的人體皮層中。 這些設備產生了驚人的效果,包括 癱瘓病人的能力 操作與身體完全分離的遠程仿生肢體,並喝一口咖啡。 這些設備仍由一家名為 大腦之門.

但是,插入這些設備需要進行大量的腦部手術,從而帶來感染和免疫排斥的風險。 手術植入的電極陣列還會導致大腦發炎,並且在六個月到一年的時間內信號質量會下降。

伸展桿旨在克服這些問題。 通過位於大腦的脈管系統內部,支架血管被整合到血管壁中,從而使其免受大腦免疫細胞的侵害。 我們的臨床前研究表明,隨著時間的流逝,隨著時間的流逝,大腦發出的信號表明,支架的拾起實際上會變得更清潔,更強壯。

下一步:植入患者

最早接受支架植入物的患者將是遭受脊柱損傷並最終患有四肢癱瘓的人。

在接受植入物之前,患者將接受功能性MRI掃描。 他們將被要求想像左右左右移動手臂,並想像將手朝計算機屏幕上的目標移動。

這將生成外科醫生在進行支架植入術期間可以瞄準的運動皮層的虛擬圖,以確保設備覆蓋在運動皮層的適當區域上。

然後,患者自己的大腦將開始學習範例,這與學習演奏樂器或新的運動技能非常相似。 運動皮層中的神經元將響應患者的想法而激發,然後將其轉換為光標,仿生肢體或外骨骼的運動。

最初,這些動作會變得生澀,不協調並產生錯誤的結果。 但是,通過反複試驗的過程,大腦的神經塑性特性將使其能夠改善神經活動,最終允許進行協調的活動,例如喝咖啡或借助外骨骼走路。

其他可能的用途

大腦高度分支的血管系統意味著覆膜支架可能會沉積在其他血管中,以治療各種疾病。

例如,如果將其放置在引起癲癇發作的大腦區域中,它有可能預測癲癇發作。 在癲癇發作之前,大腦的神經活動以可預測的方式發生變化。 支架探桿可以接收這些有說服力的警告信號,提醒患者停止任何可能使他們或其他人處於危險之中的活動,例如開車或游泳。

支架電極也可以用作神經刺激裝置。 目前帕金森氏病的治療方法包括深腦刺激(DBS),以釋放多巴胺,以實現平穩協調的運動。 使用斯通羅德作為替代刺激器將減輕 風險 將刺激器植入大腦深處。

該設備還可以幫助患有運動神經元疾病(MND)的人失去運動,說話,進食和最終呼吸的能力。 在人們失去交流能力的階段,可以使用支架桿為人們提供控制計算機的界面。 這可以給他們寶貴的月份或年份,使他們可以繼續與親人交流。

該支架電極的首次人體臨床試驗計劃在2017進行。 只要我們看到預期的結果,我們希望該技術的商業版本將在2020的上半年推出。

同時,一個目標是增加更多的電極,以便更好地控制癱瘓的患者,使其不僅能夠再次行走,而且還能獲得良好的手指運動。 我們有一天能看到“癱瘓”的小提琴演奏家嗎? 我們可以試試。

外殼

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關於作者

克里夫·梅(Clive May),弗洛雷神經科學與心理健康研究所神經生理學教授

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