近日來自美國西北大學的研究人員借助大腦與肌肉的一個人造連接成功地使癱瘓猴子恢復了復雜的手部運動能力。相關(guān)研究論文發(fā)布在4月18日的《自然》（Nature）雜志上。
在這篇文章中，研究人員描述了他們?nèi)绾谓Y(jié)合兩種技術(shù)生成了一個神經(jīng)假體裝置，該設(shè)備取代了喪失或損傷的神經(jīng)系統(tǒng)功能。第一個是可直接植入大腦的多電極芯片，作為腦機接口（BCI）。利用該芯片研究人員可以檢測大腦100個腦細胞的活性，解碼生成肌肉和手部運動的信號。第二個是一個功能性電刺激（FES）設(shè)備，可將電流傳送至癱瘓肌肉，引起肌肉收縮。大腦芯片直接觸發(fā)FES設(shè)備，繞過脊髓，實現(xiàn)了有意圖的、大腦控制的肌肉收縮，恢復了運動。
領(lǐng)導這一研究的是西北大學范伯格醫(yī)學院生理學教授Lee E. Miller博士。在測試神經(jīng)假體裝置前，Miller研究小組記錄了兩種健康猴子在完成伸手、握球和扔球等任務時的大腦及肌肉活動。隨后研究人員利用來自大腦控制FES設(shè)備的數(shù)據(jù)確定了通過大腦活動預測肌肉活動的模式。
為了檢測這一設(shè)備，研究人員給予猴子麻醉劑局部阻斷了手肘部的神經(jīng)活動，引起了暫時性的手部癱瘓。在神經(jīng)假體裝置的幫助下，兩只猴子均恢復了癱瘓手部的運動，可以接近常規(guī)的方式拾起和移動小球，并完成與之前相同的任務。
Mille研究小組還對猴子進行了握力檢測，發(fā)現(xiàn)他們的系統(tǒng)修復了猴子的精確抓握能力。并允許對力量和握力進行隨意和有意的調(diào)整，這對于自然和成功地執(zhí)行每天的任務至關(guān)重要。
新研究超越了此前Miller研究小組的成果，他們證實一種相似的神經(jīng)假體裝置可恢復癱瘓猴子屈伸腕部的能力。“利用這些神經(jīng)工程學方法，我們可以了解大腦的一些重要生理學基礎(chǔ)，并利用它直接將大腦與肌肉連接起來。這一從大腦到肌肉的連接或有一天可用于幫助因脊髓損傷導致的癱瘓患者完成日?；顒?，獲取更大的獨立性。”
2008年，華盛頓大學的Eberhard Fetz博士領(lǐng)導的一個研究小組將神經(jīng)元活動與一個FES設(shè)備連接起來。猴子們學會了激活單個神經(jīng)元來調(diào)控FES設(shè)備，移動操縱桿，使得從前與腕部運動無關(guān)的神經(jīng)元適應完成任務。這些研究人員認為這種學習和適應的過程對BCI轉(zhuǎn)換大腦活動模式自適應控制FES設(shè)備起重要的作用。
在本研究中這種聯(lián)合動物的獨特球握放任務設(shè)計進一步推動了先進神經(jīng)假體裝置的測試和開發(fā)。美國國立衛(wèi)生研究所神經(jīng)疾病和中風研究所項目主管Daofen Chen博士描述了該領(lǐng)域的研究人員正如何朝著超越簡單手臂運動，實現(xiàn)精細手部和手指運動的設(shè)備所做出的努力。“我們在重點研究手臂和腕部運動的神經(jīng)調(diào)控的非人類靈長類動物研究中收獲良多。Miller博士的研究基于這些成果，側(cè)重研究了抓握物體時所需的復雜手部和手指運動，”Daofen Chen說。
FES設(shè)備當前被用于治療中風或脊髓損傷患者的足下垂，當行走時會導致絆倒和跌倒。FES設(shè)備可以被鞋傳感器激發(fā)，協(xié)調(diào)行走運動，刺激肌肉，在每一步的適當時間抬腳。
目前在臨床上 其他的一些FES設(shè)備利用的是患者殘余的肌肉活動。例如一個假肢可利用裝入肩膀的傳感器，感知聳肩運動，再利用它刺激肌肉打開或合攏手部。然而這種控制方法不太精確，也不自然。不適合有高位脊髓損傷和少或無肩部及手臂運動的患者。對于這些患者，構(gòu)建出大腦控制的FES設(shè)備將大腦運動直接連接到肌肉刺激上將提供恢復手部功能機會。
Miller博士審慎指出當前研究中采用的暫時神經(jīng)阻斷是一種有用的癱瘓模型但它無法重復長期大腦和脊髓損傷后發(fā)現(xiàn)的慢性變化。他認為下一步應在長期癱瘓的靈長類動物模型中檢測這一系統(tǒng)，研究持續(xù)使用這一神經(jīng)假體裝置的大腦改變。
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