像拿起一杯茶一样简单，需要从你的身体很多的行动。 你的胳膊肌肉起火，将手臂移向杯子。 你的手指肌肉打开你的手，然后弯曲你的手指在手柄周围。 你的肩膀肌肉保持你的手臂不会突出你的肩膀，而你的核心肌肉确保你不会因为杯子的重量而翻倒。 所有这些肌肉必须以精确和协调的方式开火，但你唯一有意识的努力是这样的想法：“我知道：茶！”
这就是为什么让一个瘫痪的肢体再次移动是如此困难。 大多数瘫痪的肌肉仍然可以工作，但是 他们与大脑的沟通已经失去了，所以他们没有收到指令开火。 我们还不能修复对脊髓的损伤，所以一种解决办法是绕过它，并人为地给肌肉提供指导。 而且，由于阅读和解释大脑活动的技术的发展，这些指导有一天可能直接来自患者的思维。
我们可以通过刺激肌肉发出瘫痪的肌肉，这些肌肉放置在肌肉内部或供给它们的神经周围，这种技术被称为 功能性电刺激 （FES）。 除了帮助瘫痪的人们移动之外，还可以用来恢复膀胱功能，产生有效的咳嗽并缓解疼痛。 这是一项令人着迷的技术，可以对脊髓损伤者的生活产生重大影响。
Dimitra Blana和她在Keele的同事们正在研究如何将这项技术与复杂的技术相匹配 操作手臂所需的指示。 如果你想拿起那杯茶，哪种肌肉需要开火，什么时间和多少钱？ 发射指令是复杂的，而不仅仅是因为涉及大量的核心，肩膀，手臂和手指肌肉。 当你慢慢地喝下你的茶，那些说明会改变，因为杯子的重量会改变。 要做一些不同的事情，像刮你的鼻子，说明是完全不同的。
不要只是在麻痹的肌肉上尝试各种发射模式，希望找到一个有效的，你可以使用 肌肉骨骼系统的计算机模型 来计算它们。 这些模型是运动过程中肌肉，骨骼和关节是如何作用和相互作用的数学描述。 在模拟中，你可以使肌肉变得更强或更弱，“瘫痪”或“外部刺激”。 你可以快速安全地测试不同的发射模式，你可以让模型一遍又一遍地拿起他们的茶杯 - 有时比其他人更成功。
建模肌肉
为了测试这项技术，Keele的团队正在与该公司合作 克利夫兰FES中心 在美国，他们植入 直到24电极 进入研究参与者的肌肉和神经。 他们使用建模来决定放置电极的位置，因为在当前的FES系统中，比在电极处有更多的麻痹的肌肉。
如果你不得不选择，刺激肩胛下肌或冈上肌是否更好？ 如果你刺激腋神经，你应该把电极之前或之后的分支到teres未成年人？ 为了回答这些难题， 他们用不同的电极组进行模拟 并选择允许计算机模型进行最有效运动的模型。
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目前，球队正在肩膀上工作，这是由一组称为肩袖的肌肉稳定。 如果你的手臂发烧指示错误，可能是汤匙而不是黄油刀。 如果您对肩袖的指示错误，手臂可能会从肩膀上跳出。 对电脑模型来说不是一个好看的，但是他们不会抱怨。 研究参与者会不宽容。
知道如何激活瘫痪的肌肉产生有益的运动，如抓握，只是问题的一半。 我们还需要知道什么时候激活肌肉，例如，当用户想要拾取物体时。 一种可能性是直接从大脑中读取这些信息。 最近， 美国研究人员 使用植入物来聆听瘫痪个体大脑中的个体细胞。 因为不同的运动与不同的大脑活动模式相关联，所以参与者能够选择六个预先编程的运动中的一个，然后通过手部肌肉的刺激产生运动。
读大脑
这对于神经修复学领域来说是一个令人兴奋的进步，但是仍有许多挑战。 理想情况下，脑植入物需要持续数十年 - 目前甚至在数周内难以记录相同的信号，所以这些系统需要定期重新校准。 运用 新的植入物设计 or 不同的大脑信号 可能会提高长期的稳定性。
另外，植入物只能听到控制我们四肢的数百万个细胞的一小部分，所以可以读出的移动范围是有限的。 然而， 机器人肢体的大脑控制 实现了多个自由度（运动，旋转和抓取），并且该技术的能力正在迅速提高。
最后，我们通常认为理所当然的轻松动作是以丰富的感官反馈为指导，告诉我们手臂在太空中的位置，以及指尖触摸物体的位置。 但是，这些信号也可能在受伤后丢失 研究人员在工作 可能有一天恢复感觉和运动的大脑植入物。
一些科学家正在推测，大脑阅读技术可以帮助身体健康的人与计算机，手机甚至更高效地交流 直接交给别人的大脑。 然而，这仍然是科幻小说的领域，而医学应用的大脑控制正迅速成为临床实际。
作者简介
基尔大学生物医学工程研究员Dimitra Blana
纽卡斯尔大学Wellcome Trust高级研究员Andrew Jackson
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