研究人员使用大脑信号来移动瘫痪的四肢

新出版的研究细节细节皮质脊柱假肢，将“有针对性的运动”引导在瘫痪的四肢中。

纽约伊萨卡 - 帮助患有伤害，中风或疾病瘫痪的人们，科学家发明了脑机接口，这些脑机接口记录了大脑中神经元的电信号并将它们转化为运动。通常，这意味着神经信号直接指示设备，如机器人臂。

康奈尔大学研究员Maryam Shanechi，电气计算机工程助理教授，与哈佛大学医学院神经外科助理教授一起使用Ziv Williams，正在将脑机接口带到下一级：她希望通过思考它来帮助瘫痪的人来帮助瘫痪的人来帮助瘫痪的人。

当瘫痪的患者想象或计划运动时，即使大脑和肌肉之间的通信连接被破坏，大脑运动皮质区域中的神经元仍然激活。通过植入这些脑区域中的传感器，可以使用称为解码器的数学变换来记录并将神经活动记录并转换为患者期望的运动。这些界面允许患者直接与其思想产生运动。

在在线发布于2月18日在线上发布的自然通信，杨氏，威廉姆斯和同事描述了一种皮质脊髓假体，将“有针对性的运动”引导在瘫痪的四肢中。该研究团队开发并测试了一个假肢，通过使一个受试者能够发送其记录的神经活动来控制暂时镇静的不同主题中的肢体运动来控制两个受试者。示范是向瘫痪人类制作脑机接口的前进，单独使用其脑活动来控制自己的四肢。

脑机接口基于一组实时解码算法，其通过预测其目标运动来处理神经信号。在实验中，一只动物用作运动的控制器或“掌握”，然后“确定”的目标位置移动到，并产生解码为此预期运动的神经活动。通过电刺激其脊髓，使用解码的运动来直接控制其他动物的肢体。

“这里的问题不仅可以将记录的神经活动解码为预期运动，而且还可以根据解码运动正确刺激脊髓移动瘫痪的肢体，”Shanechi说。

科学家专注于解码运动的目标终点，而不是其详细的运动学。这允许它们与解码的目标与一组脊柱刺激参数匹配，该参数生成朝向该目标的肢体运动。他们证明，警报动物可以在镇静动物的肢体中产生二维运动 - 脑机接口研究中的突破。

“通过专注于目标终端运动而不是其详细的运动学，我们可以降低对适当的脊柱刺激参数解决的复杂性，这有助于我们实现这一D运动，”威廉姆斯表示。

实验设置的一部分的新奇是使用两种不同的动物，而不是一个暂时瘫痪的肢体的动物。这样，科学家们认为他们具有真正的瘫痪模型，因为掌握动物的大脑和镇静的动物的肢体没有生理联系，就像瘫痪的患者一样。

Shanechi的实验室将继续使用原则算法设计开发更复杂的脑机界面架构，并使用它们来构建高性能的假肢。这些架构可用于控制外部设备或本机肢体。

“下一步是使用控制理论的原理和统计信号处理的原理推进脑机接口算法的开发，”雪内切说。“这种脑机接口架构可以使患者使用机器人臂或瘫痪的四肢产生复杂的运动。”

出版物：Maryam M. Shanechi，等人，“瘫痪的灵长类动物瘫痪肢体运动的皮质脊柱假体，”自然通信5，物品编号：3237; DOI：10.1038 / ncomms4237

图像：来自Shutterstock的脑细胞