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脑控假肢的最新研究 你想知道吗

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人气:-发表时间:2020-03-10 08:30【

对于假肢手,市面上销售的假肢大部分采用的是肌电信号控制,这类假肢并不能达到随心所欲的程度。所以,大部分上肢缺失患者对脑控假肢寄予厚望,希望它能改变这种现状。

脑控假肢顾名思义就是通过脑袋直接控制假肢,它可以直接穿戴在人体进行使用,避免了肌电控制的不足,提高了假肢动作的效率与精度,较理想的实现人手功能。理论上它能让截肢者用意念控制的人造假手可以恢复他们完成各种日常任务的能力,就像科幻片里面一样。

对于脑控假肢科学家们也研究了上十年了,然而到目前为止,还面临一个主要障碍:他们还无法获得足够强或足够稳定的神经信号来发送到仿生肢体。尽管可以通过脑机接口获得这种信号,但植入脑机接口的过程是侵入性的且成本很高。而围绕大脑和脊髓扇形分布的末梢神经所携带的神经信号又太小,之前的临床试用效果也并不尽如人意。今天,小编给大家介绍一个脑控假肢研究上的突破。

3 5 日,《科学》子刊《科学转化医学》发表了脑控假肢领域一篇重磅文章,来自美国密歇根大学的研究人员通过一种新的神经接口技术,开发出一款由意识精密控制的假肢。

具体而言,研究人员通过放大截肢患者手臂末端神经发出的微弱信号,让截肢患者实现了对其所佩戴假肢手指的实时、精密控制。

为了实现这一目标,研究人员借鉴脑机接口领域所采用的微型肌肉移植术和机器学习算法,开发了一种可以「驯服」杂乱无章神经末梢信号的方法,这种方法可以将粗的神经束分成更细的神经纤维,经过放大这些神经传递的信号,来实现大脑对神经末端更加精确的控制。

密歇根大学医学院生物医学工程教授 Paul Cederna 说:「这是多年来在截肢患者运动控制领域取得的最大进步,我们已经开发出一种技术,利用患者肢体中的残余神经,让患者实现对所装假肢手指的独立控制。有了它,我们就能够提供一些世界上最先进的假肢。」

「你可以让假肢做很多事情,但这并不意味着这个人可以凭直觉来随意控制假肢。」

该研究的共同领导者之一、密歇根大学工程学院生物医学工程系副教授 Cindy Chestek 表示,「与其他方法的不同之处在于,我们的技术能够实现:不需要学习,在第一次使用时仅仅通过大脑思考,就能够实现假肢控制。我们在第一次尝试的时候就成功了,受试患者根本没有学习的机会,所有学习都运行在算法中。」

研究人员对 4 名截肢患者进行了为期一年实验,患者均佩戴了仿生学卢克臂(LUKE arm)。卢克臂是一种机器假肢,卢克的取名来自于《星球大战》系列电影中一个用机器臂替代伤臂的人物。2014 年这款备受关注的机械手臂被美国食品与药品管理局批准上市。

研究人员表示,这些发现为大脑控制假肢研究领域开辟了新的可能性。实验结果也证明了截至患者残余的神经信号足以将我们在大脑控制所学到的全部知识,都应用到神经控制上。

《科学转化医学》论文的第一作者、密歇根大学生物医学工程研究员 Philip Vu 说:「其他研究小组也对此做出了贡献,但我们已经超越了现有假肢的能力。我认为这为假肢公司今后进一步发展提供了强大的动力。」

据了解,基于最新技术的超精密仿生假肢临床试验正在进行中,研究团队已经开始招募实验参与者。

Cederna 说:「当你能坐下来,看着一个戴着假肢的人做一些在 10年前不可想象的事情,这是多么令人欣慰。我为我们的受试者感到高兴,更为未来能够帮助到的所有人感到高兴。」

可以想象,随着脑机接口和神经接口技术的不断发展进步,科幻电影中各种灵活控制、功能强大的仿生机械臂,将在不远的未来成为现实。

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