脑机互动可提高行动能力

发表在《ScienceTranslational Medicine》和《Lancet Neurology》上的两项新研究表明，大脑和假肢设备之间的交流可以改善截肢患者和四肢瘫患者的灵活性。这些概念和研究为这些新技术应用于临床铺平了道路。

在第一项研究中，StanisaRaspopovic及其同事开发了一种腿部神经假体，该假体通过胫骨神经刺激向大脑提供感觉反馈。Raspopovic解释说：“接受下肢截肢并使用假体的患者会遇到与感觉反馈缺失有关的问题，包括放置脚时的精度低，灵活性低，疲劳度高和平衡差等问题。”“我们做了一个假设，如果从缺失的腿得到反馈，则可以解决其中的一些问题。”

Credit: Philip Patenall/Springer Nature Limited

研究人员将四个电极植入了三个人的胫骨远端神经，这些人之前都经历过经股动脉截肢。刺激电极会在幻肢的脚底和小腿上的20多个位置产生自然的感觉，如触摸、压力和肌肉收缩。

Raspopovic和他的同事们在鞋垫和膝盖上定制了一个传感器来驱动胫骨神经电极的刺激。当患者行走时，传感器会在脚底的三个不同位置产生触摸感，并引起腓肠肌收缩的感觉，参与者认为这是膝关节屈曲。

当接受假肢的感觉反馈时，参与者在爬楼梯能力测试中表现得更好，在踩上障碍物后摔倒的可能性更小，并且可以更准确地放置假肢。在开启感觉反馈的情况下，参与者也可以把更多的注意力放在其他的任务上。

Raspopovic表示:“据我们所知，这些发现在接受过膝盖以上截肢和下肢截肢的患者中尚属首次。”然而，电极电缆的经皮通过意味着试用期仅限于3个月。Raspopovic总结说:“为了提供更可靠的数据，应该进行更长的调查、更多的患者和家庭评估。”

在第二项研究中，AlimLouis Benabid及其同事开发了一种脑机接口系统，该系统可以通过四肢瘫痪患者的大脑活动来控制机器人的外骨骼。在研究中使用的外骨骼是完全机动和可穿戴的，这样的设计旨在通过肢体运动来恢复活动能力。

图片来源于网络

Benabid和他的同事们在一个四肢瘫患者的感觉运动皮质上植入了一个硬膜外记录系统，该系统包含一系列电极。来自植入物的数据通过无线电连接发送到头盔里的接收器。

研究人员要求参与者想象执行特定的动作。生成的大脑皮层活动数据由背包中的计算机实时解码，电脑解释了预期的运动，并将其传达给外骨骼。

这个脑机接口系统被参与者用来在精神上触发“开关”事件，比如启动外骨骼行走行为程序。参与者还可以使用该系统来驱动电动轮椅，并控制外骨骼以使手臂和手进行连续的空间运动。

虽然外骨骼还不能实现独立行走。研究人员在论文中说:“达到了我们研究的最初目标，证明了脑机接口技术可以涉及高度的复杂性，例如对全身骨骼的控制。”

参考

Brain–machine interaction improves mobility

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