科学家开发软件刺激系统,可令瘫痪病人重新行走

2014-09-29 20:30:36来源: 互联网

    你能想象这样一个奇怪的景象吗?一个瘫痪的老鼠用它两条后腿,在计算机的控制下迈着精准的步伐走路。“这真有点儿科学怪人的感觉,”Gregoire Courtine说道,他是瑞士洛桑联邦理工大学的一名神经科学家。他在近期一篇论文中,阐述了利用电子学让瘫痪动物恢复正常运动。

    这项研究的研究人员希望尝试用电子脉冲刺激瘫痪患者的脊髓,继而帮助他们重新恢复行走的能力,这些信号可以替代那些通过脊髓传递给大脑的普通命令,因为脊椎受伤后,传递到大脑的行走命令也因此被中断。

    今年春天,来自路易斯维尔大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员透露,有四个多年残疾的男人,他们的脚,臀部,脚踝,还有脚趾都能动了,在使用了刺激脊髓的设备(该设备运用了一种叫硬膜外刺激的技术)之后,他们甚至可以站起来。虽然他们的运动幅度还比较小,无法做到独立行走,但这项技术能帮助他们锻炼自己的腿,逐渐恢复一些运动机能。

    目前,硬膜外刺激存在一定局限,因为电子脉冲无法刺激产生复杂且高协调性的动作。另外在人体测试中,所有的动作都需要手工控制。因此,Courtine专门开发了一套软件系统,他先拍摄老鼠行动的影片,并把相关图片导入进软件之中,该软件可以快速调整刺激类型,产生同步的步伐运动。

    这套系统也可以帮助人类保持身体平衡,有节奏地走路。系统越完善,被刺激的瘫痪患者走路就轻松,因为大脑不用不断地做出走路的决策判断了。

    为了达到理想的效果,瑞士科学家割断了六只老鼠的脊髓,并在它们脊柱的后半部分植入了柔性电极,此外这些老鼠还被注入了一种名为血清素激动剂(serotonin agonist)药物,可以让脊髓做好与腿部的沟通。科学家们用护具支撑住老鼠的重量,然后把它们放在简易的跑步机上,和一条设置了障碍的跑道上。

    “这是一个闭环控制系统,虽然试验老鼠的大腿完全麻痹了,但仍可以实时调整腿部运动。”Courtine说道。每只老鼠至少连续走了一千步,并成功通过了为它们设计的楼梯。Courtine团队希望明年可以把这套系统用在人体测试。“我们的想法是把这套软件系统应用在残疾人康复上。”现有证据显示,脊髓和大腿的持续锻炼,可以帮助大脑恢复曾被切断的运动联系。

    要让瘫痪患者实现自主行走,硬膜外刺激技术仍然有很长一段路要走。患者希望可以自己控制运动,这意味着未来,该系统需要在自动程序与用户自主选择运动之间找到一个平衡。

    Courtine表示,他们正在开发一个脑机介面,希望在大脑的运动皮质中植入电极,记录人类的运动意图,最终实现让患者自己控制脊髓刺激器,并按照自己的想法走路。

关键字:刺激  系统  瘫痪  病人

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2014/0929/article_5090.html
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