直到几年前,扭转瘫痪状态还是电影的奇迹。

然而据此安德鲁杰克逊博士他是一名神经学家纽卡斯尔大学在英国,早在本十年的末期,我们可能见证脊髓损伤的患者恢复了自己的两条腿的控制并再次走路。

通过在瘫痪猴子的脊髓中植入无线神经假体,一个由格雷瓜尔·库尔蒂纳博士瑞士联邦理工学院瑞士洛桑(Lausanna)的EPFL项目完成了看似不可能的任务:猴子在最初受伤后仅仅6天,无需任何训练,就能恢复瘫痪的下肢。

近环的系统实时直接从大脑读取信号,并在患者自己的肢体上工作,这意味着它不需要昂贵的外骨骼或外部刺激患者的腿部肌肉,以诱导行走所需的收缩。这是巨大的:这意味着患者可以在他们自己的家庭中容易地使用,没有医生监督。

“当我们第一次打开脑脊柱界面时......动物正在使用其瘫痪的腿展示踩踏运动,我记得在房间里很多尖叫;它似乎令人难以置信,“库尔蒂纳医生的采访自然

“这项研究是利用神经界面恢复失去的运动功能的重要一步。”同意杰克逊,谁没有参与该研究。

弥合的差距

每次我们决定移动时,大脑都会向脊髓下垂级联信号,以指示我们的肌肉相应地合同。根据运动或汽车事故的脊髓损伤的情况,打破此信息继电器,往往导致不可逆的瘫痪。

重新连接受损的脊髓是非常困难的。即使用不同的混合再生药物小心翼翼地诱导,神经也不能再生。损伤部位通常不利于干细胞移植,使得外来细胞难以生长和整合。

为了解决问题,警察和其他脑机接口(BMI)专家正在转向神经界面,以手动重新连接大脑和肌肉。188体育365并召开的系统非常聪明。

一开始,他的团队设计了两种植入物:一种用于接收来自大脑的输入信号,另一种用于替换受损的脊髓。

第一个是神经接口,它由96个微电极阵列组成,这些微电极与控制腿部运动的大脑部分相连。一旦植入,它会自动捕获来自多个神经元的信号,这些神经元通常一起工作,发出特定的命令——例如,弯曲你的脚,弯曲你的腿或停止行走。

然后,这个火柴盒大小的装置将信号发送到外部计算机,外部计算机使用一种算法来计算神经信号编码的是什么运动。

微调输入信号采用了很多努力。弄清楚如何不同的电信号代表不同的运动方面只是第一步。科学家们也必须张开信号如何随着猴子走的时间循环变化,以确保他们可以在使用瘫痪的猴子时重现平稳的滑动步态。

一旦解码了神经信号,计算机就使用了信息来无线地操作坐在瘫痪的猴子的脊髓下部的第二电极阵列,低于损伤水平。该第二植入物,“脉冲发生器”起作用作为从脑植入的消息中的电刺激器起作用,并将它们送入脊髓的未被造成的部分,通常控制腿部肌肉运动与一系列ZAP。

结果令人惊讶。

在两只猴子中,每个猴子都丢失了一个后腿,无线脑脊柱界面允许他们在伤害后的第一周内正常行动 - 没有任何培训。随着时间的推移,提高了台阶的质量和数量,表明该系统在大脑和受损的脊髓中引发了神经塑性。

未来的电子人

脑机接口领域正在移动这么快,眨眼之间,您可能会错过最新的突破。在过去一年左右,BMI允许让瘫痪的病人在一个带有脑电波的平板电脑上使用谷歌使用机器人代理人掌握物体并控制各种假肢其他设备。几个月前,一个令人惊讶的研究表明,直接刺激脊髓的植入物有助于截瘫病人恢复自己腿的一些随意运动。

然而,即使在这一系列令人难以置信的进步中,库蒂娜的研究仍是突出的。首先,走路真的很困难。到目前为止,大多数神经界面的研究都集中在使上半身恢复活力上。

“有很多运动,所以当我们走路时,我们不只是移动我们的腿。我们还控制着双腿两侧的平衡和协调活动。”杰克逊,“因此,恢复腿部的运动带来了一种不同的挑战,可以恢复手中的抓斗。”

库蒂娜说得更直白。他说:“要么走路,要么没戏。

如果患者不能与神经假肢正常行动,他们可能更喜欢留在轮椅上作为更务实的解决方案。提供距离蝙蝠正常工作的东西有更多的压力。

这导致第二件事使令人欣赏的系统令人印象深刻。随着无线,闭环刺激,患者将不再将昂贵的设备系在几十根线上。即使是电脑也可能很快就会超出图片。

“电脑之所以存在的唯一原因是,它允许我们在控制新活动和控制刺激的不同算法上有一定的灵活性。”研究作者Tomislav milkovic主板。在人类身上,他设想大脑和脊髓植入物之间可以直接交流,而不需要把信号带到体外。

从猴子到人类需要更多的工作。与使用所有四肢走路的猴子不同,我们都是双足的。而实际的伤害往往比在研究中的手术诱导的病变剧烈,这只损坏了一条腿。

也就是说,在脊髓损伤不完全的人身上,有很多回路存活下来,可以被征用来让系统工作。

“用类似的技术让双腿瘫痪的人走路似乎是完全可行的,”杰克逊。

据他所说,这一天的到来可能比你想象的要快得多。

我们从猴子的第一次演示中看到了一个非常快速的翻译,临床试验,通常大约在四到五年里,他。如果趋势持续,我们可能会在2020年期间看到第一个人脑脊髓假肢试验。

库尔蒂纳和他的团队已经开始在8名轮椅上的病人身上测试这种脊椎刺激器。一旦这部分被改进,他就会继续优化大脑植入物并将这两部分连接在一起。

“有许多,许多挑战,我们将在未来十年中面对优化所有这些干预措施,但我们真的致力于使这一步成为向前迈进,”他


横幅图像信用:EPFL / YouTube

图1:

一个神经桥。为这项研究开发的脑脊液接口使用了像这样的大脑植入物来检测大脑运动皮层的峰值活动。如图所示,一个微电极阵列和一个灵长类大脑的硅模型,以及一个用于刺激植入脊髓的电极的脉冲发生器。

信用:Alain Herzog / EPFL

范雪来,神经科学家,科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑的过程中,她迷上了人工智能和所有的生物技术。毕业后,她搬到加州大学旧金山分校(UCSF)研究让衰老大脑恢复活力的血液因子。她是…

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