植入物和机器人手臂如何让一个瘫痪的人恢复心情

内森·科普兰(Nathan Copeland)是一名28岁的男子,在车祸发生后无法感觉或移动下肢,通过他用大脑控制的机械臂重新获得了触觉。

科普兰的手术包括植入四个微型电极阵列,每个阵列的大小约为衬衫纽扣的一半,是医学领域的第一个。

植入物连接到由匹兹堡大学的研究人员开发的脑计算机接口(BCI)。 该小组描述了结果 科学转化医学.

研究合著者,神经生物学教授,系统神经科学系主席安德鲁·B·施瓦兹(Andrew B. Schwartz)说:“这项研究的最重要结果是,对感觉皮层的微刺激可以引起自然感觉,而不是刺痛。” 这种刺激是安全的,诱发的感觉在数月内稳定。

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“还需要进行大量的研究,以更好地了解帮助患者更好地运动所需的刺激模式。”


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这不是球队在BCI上的第一次尝试。 四年前,研究合着者物理医学和康复助理教授,匹兹堡医疗保健系统研究科学家Jennifer Collinger和研究小组展示了帮助Jan Scheuermann治疗退化性疾病引起的四肢瘫痪的BCI。 Scheuermann的视频喂自己的巧克力 在世界各地看到使用精神控制的机器人手臂。 在此之前,蒂姆·赫姆斯在摩托车事故中瘫痪, 伸出手与女友联系.

但是,我们的手臂自然移动和与周围环境相互作用的方式不仅仅是思考和移动正确的肌肉。 我们可以通过触摸来区分一块蛋糕和一个汽水罐,比罐子更轻轻地拿起蛋糕。 我们从触觉中得到的不断反馈是至关重要的,因为它告诉大脑在哪里移动,以及在多大程度上。

对于学习负责人罗伯特·冈特,物理医学和康复的助理教授,这是BCI的下一步。

Gaunt和他的同事正在寻找合适的人选,他们开发和完善了他们的系统,使机器人手臂的输入通过植入大脑中的控制手部运动和触摸的神经元所在的微电极阵列传输。 由Blackrock Microsystems开发的微电极阵列及其控制系统与由约翰霍普金斯大学应用物理实验室建造的机器人手臂一起形成了所有难题。

谷轮的故事

在2004的冬天,当时是18的科普兰,在下雨天的夜间开车,当时他在一次车祸中摔断了他的脖子,伤了他的脊髓,使他的上胸部四肢瘫痪。

事故发生后,他登记了愿意参加临床试验的病人登记册。 近十年后,研究小组询问他是否有兴趣参与实验研究。

在他通过筛选测试后,谷轮去年春天被推进了手术室。 成像技术被用来识别谷轮的大脑中的确切区域,对应于他的每个手指和他的手掌的感受。

科佩兰说,手术后一个月左右,“我能感觉到几乎每一个手指,这是一个非常奇怪的感觉。 “有时感觉有电,有时感觉到压力,但大多数情况下,我可以以绝对精确的方式告诉大部分手指。 感觉就像我的手指被触碰或推动一样。“

研究共同研究者兼神经外科医生Elizabeth Tyler-Kabara解释说,目前,虽然Copeland无法确定一种物质是否是热的或冷的,但他们可以感受到压力并在一定程度上区分其强度。

冈特说,这项工作的一切都是为了利用大脑自然的,现有的能力,让人们回到丢失但不被遗忘的东西。

“最终的目标是创建一个移动和感觉就像一个自然的手臂,”Gaunt说。 “我们还有很长的路要走,但这是一个很好的开始。”

美国国防部高级研究计划局的革命性修复计划提供了大部分资金。

Sumber: 美国匹兹堡大学

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