2024年06月26日发布 | 194阅读

BCI-T:Science Robotics|自然脊髓反射回路应用在假肢手的感觉运动控制

杨艺

首都医科大学附属北京天坛医院

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恢复截肢者的感觉反馈对于改善假肢控制是必要的,但实现这一目标的几种非侵入性技术在认知上要求很高。用于假肢控制的感觉反馈通常基于在特定类型的感觉刺激中编码感觉信息,用户通过解析来调整假体的控制。然而,在生理条件下,从周围神经接收到的传入反馈不仅被有意识地处理,而且还调节脊髓反射回路,这些回路有助于驱动肌肉的神经信息。脊髓通路与感觉运动统合有关,但它们通常不用于假体控制。


Sagastegui Alva 等近期发表的Science Robotics 开发了一种闭环反馈方法,通过肌腱的机械振动刺激脊髓运动神经元来帮助假体控制。该系统在经桡骨截肢者中进行了测试,并显示出使用假肢装置提高功能性运动技能的能力,包括抓握灵活性。该研究证明了使用具有自然反馈回路的自愿和非自愿动作来控制假肢的潜力。

他们提出的改善假肢控制的感觉运动整合方法,基于通过肌腱在肌肉活动闭环中的振动来调节脊柱回路的兴奋性。在不同的运动任务中测量了健康参与者和截肢者的肌肉信号,并通过对连接到肌肉的肌腱施加振动来闭环,从而调节运动神经元的兴奋性。因此,假体的控制信号是自主控制和肌腱振动诱导的额外脊柱反射输入的组合。

结果表明,闭环肌腱振动能够调节肌肉的神经驱动。当使用闭环肌腱振动时,与没有刺激相比,参与者可以在使用肌肉激活的界面中获得相似或更好的控制性能。刺激甚至可以改善截肢者的假肢抓握。

总体而言,闭环肌腱振动可以将脊髓反射通路整合到肌控制系统中,并为将自然反馈回路纳入假体控制开辟了可能性。

来源:脑机接口社区

专栏作者



杨艺 主任医师

首都医科大学附属北京天坛医院

主任医师,国家神经疾病医学中心脑机接口转化研究中心执行副主任。北京大学八年制医学博士,英国牛津大学Nuffield临床神经科学中心访问学者。北京脑科学与类脑研究中心青年学者,北京市科技新星。

聚焦于意识障碍疾病的系统诊断、预后预测和神经调控治疗,以及脑机接口新型技术的临床应用研究。2022年作为项目负责人获批“科技创新2030脑科学与类脑研究”青年项目“意识障碍的闭环神经调控治疗”。



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