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编译服务: 生物安全网络监测与评估 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn 编译时间: Sep 10, 2019 点击量: 165

在行走时,腿部完整的人在移动膝盖或双脚接触地面时会感觉到。神经系统不断利用这种感觉反馈来精确控制肌肉。然而,使用腿假肢的人并不确切地知道假肢的位置,移动方式或者站立的地形类型。他们走路时经常不能完全信任他们的专业论文,导致他们经常依赖完整的腿,这反过来会降低他们的活动能力并导致他们快速疲劳。例如,在鹅卵石或沙子上进行简单的步行,对于使用假肢的人来说可能会非常耗费精力。此外,截肢患者可能会出现幻肢痛,这是现有药物通常无法治疗的情况。经历这种现象的萨沃·帕尼奇说,他因为幻影疼痛而在夜间醒来:“我没有受伤的脚趾。我的大脚趾,脚,脚后跟,脚踝,小腿 - 他们都受伤了,我甚至没有它们。“

由苏黎世联邦理工学院和洛桑创业公司Sen-sArs领导的国际研究团队现已开发出一种接口,用于连接腿部假肢和用户大腿上的残余神经,从而提供感官反馈。在与贝尔格莱德大学合作进行的一项研究中,科学家们测试了这个神经反馈系统,他们有两名志愿者,他们膝盖以上截肢,并使用腿部假肢(其中一人是恐慌症)。

正如研究人员在最新一期“自然医学”杂志上所报道的那样,该解决方案以各种方式使截肢者受益。 “这项概念验证研究表明,使用神经植入物修复感觉反馈的假体对于截肢者的健康是多么有益,”机器人与智能系统研究所教授Stanisa Raspopovic说。在苏黎世联邦理工学院

将人工信号转换为自然信号

为了向神经系统提供感觉信息,科学家们开始使用市售的高科技假肢:他们将触觉传感器连接到假足的足底,并收集假肢电子膝关节提供的膝关节运动数据。

在实验持续的三个月里,外科医生在每个志愿者的大腿上放置了微小的电极,并将它们连接到残留的腿部神经上。 “手术的目的是在神经内部的正确位置引入电极,以恢复逼真的感觉反馈,并使电极稳定,”Marko Bumbasirevic说,他是临床中心的骨科显微外科教授贝尔格莱德的塞尔维亚人,负责电极植入的临床医生。电极由弗莱堡大学的科学家开发,专业论文来自假肢公司奥索;两人都积极参与该项目。

研究小组开发了算法,将来自触觉和运动传感器的信息转换为电流脉冲 - 神经系统的语言 - 传递给残余神经。然后自然完成其余的事情:来自残余神经的信号被传递到人的大脑,因此能够感知假体并帮助用户相应地调整他们的步态。最后连接机器和机身。

步行时减少工作量

作为研究的一部分,志愿者接受了一系列测试 - 有和没有神经反馈的交替试验。结果清楚地表明了反馈的有利之处:神经反馈的行走对身体要求的要求要低得多,正如行走时志愿者的氧气消耗显着减少所示。

同样在精神上,神经反馈的移动不那么费力,因为研究人员在试验期间进行了大脑活动测量。志愿者不必非常专注于他们的步态,这意味着他们能够将更多的注意力投入到其他任务上。

在一次艰难的测试中,志愿者不得不走过沙子,反馈再次让他们走得更快。在调查中,志愿者表示神经反馈大大提高了他们对假体的信心。

减少幻肢痛

与神经系统的界面也可以用于独立于假体刺激神经。在他们开始试验之前,两名志愿者都抱怨幻肢痛。在为期一个月的神经刺激治疗计划中,科学家设法大大减轻了其中一名志愿者的疼痛;在另一方面,恐慌,疼痛彻底消失了。 “自从我开始这项治疗计划后,在接受电刺激后,我感觉不到任何幻痛,”他说。

科学家乐观地看待这些结果。然而,他们指出需要对家庭评估和更多志愿者进行更长时间的调查,以便提供更可靠的数据,以便他们可以用来得出更重要的结论。对于有时间限制的临床研究,来自假体的信号沿着电缆通过皮肤被送到大腿的电极。这意味着志愿者必须定期接受体检。为了消除这种需求,科学家们打算开发一种完全可植入的系统。 “在SensArs,我们计划开发一种无线神经刺激设备,可以像节奏制造者一样完全植入患者体内,并且可以推向市场,”SensArs首席执行官Francesco Petrini说。

——文章发布于2019年9月9日

 

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