脊髓损伤(SCI)后的手功能瘫痪极大地影响了患者的日常生活质量，最新研究通过一个非侵入式的脊髓-计算机接口，使得运动完全性脊髓损伤患者（C5-C6）仍然能够通过训练任务实时调节残留神经通路的脊髓运动神经元种群的活动。该成果由德国埃尔朗根-纽伦堡大学的研究团队完成，发表在了期刊《Brain》上。

研究背景

手功能受损是脊髓损伤患者最严重的运动缺陷之一，目前还没有有效的疗法恢复肌肉瘫痪后的控制。到目前为止，手部功能的恢复是通过记录运动皮层活动的神经界面来实现的，或者通过闭环电刺激肌肉或通过控制外部设备。然而，除了相对较差的控制外，侵入性皮质植入物由于手术风险和长期稳定性，也仅是一小部分患者的一种选择。其他神经界面涉及脊髓内的电刺激，间接靶向调控阿尔法运动神经元的活动。

与行为最直接相关的神经信息是脊髓阿尔法运动神经元的活动，它代表了运动的最终神经编码。脊髓运动神经元的活动通过一个简单的转换产生运动，因此，运动意图可以直接解码。几乎所有的SCI都是由于脊髓挫伤，这可能会在损伤水平上存在一些保留的连接。虽然这种剩余的神经活动不足以驱动肌肉产生可检测的力量，但它可以用来推断运动意图，从而解码运动。

在这篇文章中，研究者们通过对高密度表面肌电图（HDsEMG）的分解，在8个脊髓损伤患者（损伤水平从C5到C6）中均发现了能够主动控制的脊髓运动神经元，表明即使在慢性脊髓损伤后，患者仍有残余的运动神经元可以接受自愿意图调节的功能输入。

研究概述

实验装置和运动单元数据分析概述

实验装置由320个表面肌电图电极组成，放置在前臂肌肉中，并通过在线分析解码运动单元放电。运动指令由在受试者面前的显示器上显示的虚拟手视频引导，每个任务持续42秒，包括以两种速度（0.5Hz和1.5Hz）的单个手的屈伸，抓握、两指捏、三指捏和手腕屈伸。后续分析通过解析虚拟手的指尖轨迹来研究运动单元的激活时间和运动尝试之间的联系，进而探究运动单元的控制机制。

检测到的运动单元数量和残留的HDsEMG信号

研究者对比了健康受试者(A图左)和脊髓损伤患者(A图右)的HDsEMG信号及运动单元放电信息，结果表明尽管脊髓损伤患者的肌电激活程度显著低于健康受试者，但是两种群体检测到的运动单元数量并没有显著差异。

解码运动单元对虚拟手的实时控制

脊髓-计算机接口通过在线分析解码运动单元放电序列，根据不同任务的运动单元放电模式，解码脊髓损伤患者的运动意图，实现对虚拟手的实时控制。

研究意义

论文证实了脊髓损伤患者可以自愿控制残余运动神经元的活动，通过HDsEMG的无创技术可以解码精细手部任务的运动意图。研究结果有助于通过在不同干预措施中跟踪同一运动单元来研究脊髓损伤后的运动控制和恢复机制，供家庭和医院用于恢复和监测创伤性脊髓损伤后的保留连接。作者表明，进一步的工作将集中在改进基于与不同运动相关的运动单元活动的在线控制，并与外骨骼和假肢等辅助技术的集成。

来源：脑机接口社区