天天热点!新技术改善瘫痪猴子的手臂控制,未来或帮助数百万患者恢复活动能力

时间:2022-07-02 05:47:04       来源:科技日报

当检测到想要移动的活动对象的时候,可以检测到控制运动的区域的动物的电极被打开。图片来源:匹兹堡大学


【资料图】

科技日报实习记者 张佳欣

美国匹兹堡大学的研究人员报道,电刺激严重损伤的上脊髓幸存神经可改善上肢的运动控制,使手臂功能受限的人恢复部分失去的运动能力。第一轮临床前实验数据6月30日发表在《自然·神经科学》杂志上。这项突破性研究为超过500万因脊髓损伤或中风而瘫痪的人带来了希望。

资深作者、神经外科助理教授、皮特康复与神经工程实验室成员马可·卡波格罗索博士说:“即使是最简单的手臂动作,我们的神经系统也必须协调数百块肌肉,在实验室外,用直接电刺激肌肉来取代这种复杂的神经控制非常困难。”

与其它哺乳动物不同的是,灵长类动物和人类的上肢动作范围广泛,动作灵巧。通过改变单个手指的位置,可以在肩部旋转手臂、在肘部弯曲手臂、弯曲和伸展手腕,以及改变握手的方式,这使得人类能够非常复杂地控制握持物品的方式,以及以其他方式与客体互动。但另一方面,这种能力也让恢复手臂和手的运动变得格外困难。

此次,匹兹堡大学研究人员没有用电刺激肌肉,而是开发了一种技术,可以激活连接大脑和脊髓的剩余健康神经,通过对脊髓的特定刺激脉冲恢复大脑和手臂之间的连接,从而潜在地使瘫痪患者能够执行日常生活任务。

为了测试这项技术,研究人员对患有部分手臂瘫痪的猕猴进行了研究,这些猴子被训练去伸手、抓住和拉动杠杆,以接受它们最喜欢的食物。

除了大脑植入检测控制自主运动区域的电活动外,研究人员还在猴子身上植入了一小串电极,这些电极连接到橡皮擦大小的外部刺激器。当大脑电极检测到动物移动手臂的意图时,刺激器会沿着脊髓向手臂和手部的肌肉发送微小的电击信号,电极就会瞬间开启。

一段实验视频显示,这只猴子原本无法拿到食物,但当刺激器刺激它的脊髓时,它可以实现抓住食物。

电极和刺激器被放置在从脊髓向手臂和手部肌肉延伸的神经根上,该设备经过广泛验证,确保每种动物的独特解剖结构与之兼容。分析表明,虽然刺激不足以完全恢复手臂功能,但刺激显著提高了精确度、力量和运动范围,使每种动物的手臂移动更有效率。重要的是,这些动物在适应和学习如何使用刺激的过程中继续进步。

目前,匹兹堡大学研究团队正在进行人体临床试验,测试脊髓电刺激是否可改善中风患者手臂和手的控制能力。

关键词: 活动能力