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来源：泰然健康网时间：2024年11月28日 08:10

导读

脊髓损伤（SCI）后，瘫痪的肌肉可以使用脑机接口（BCI）单独增强运动功能，重要的是，触觉也是运动功能的关键组成部分。来自美国 Battelle研究所和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心的研究人员证明了临床完全性SCI患者可以利用手上残余的触觉信号使用BCI同时恢复运动功能和触觉，该项成果被发表在2020年4月《Cell》期刊上。

一、背景

脊髓损伤会导致感觉运动回路受损，导致瘫痪、能动性丧失和感觉功能障碍，有趣的是，最近研究表明，严重的临床完全性SCI并不能完全阻断病变下方受神经支配的皮肤上行感觉信息的传递。这些研究表明，即使在SCI数年，患者感觉不到的触觉刺激也会引起皮层活动的变化，由此为基础，研究人员假设，脑机接口可以利用不完整的感知触觉，增强感知下的触摸事件，并同时恢复临床上完全性SCI参与者的触觉和运动功能。

二、实验设计

实验受试者是一位27岁男性，他于2010年遭遇事故损伤脊髓导致稳定的、非痉挛性C5四肢瘫痪。首先，病变部位微弱神经活动是恢复知觉的关键，研究人员对脊髓损伤参与者进行了一系列手臂和手部皮肤刺激实验，证明在脊髓损伤后，手臂和手部的皮肤刺激能够引起对侧初级运动皮层（M1）的强烈神经反应。然后，M1中的感觉和运动事件被证明可以被解码，从而使感觉运动解复用BCI能够控制和增强感觉运动功能；研究人员设计并研发了一种BCI，通过患者皮肤上的电极系统和植入大脑运动皮层区域的芯片，绕过脊髓损伤的部位，将运动信号直接从大脑传送到肌肉。

三、结果

脑机接口成功恢复患者的抓握力，研究人员设置了3种不同强弱的传入触摸信号，对应3种不同大小的握力，最终，在87%的情况下，脑机接口成功将触摸信号与握力正确匹配；通过BCI，患者成功控制手臂完成举起咖啡杯、刷信用卡等20个动作，还能够参与需要用到手和胳膊的视频游戏。

图1 图形概要

图2 手部感觉功能评估和神经记录方法

图3 脊髓损伤后手臂和手部皮肤刺激引起引起对侧初级运动皮层（M1）的强烈神经反应

图4 主动物体触摸可从M1解码以控制闭环感觉反馈并增强手部感觉功能

图5 M1中的感觉和运动事件可以被解码以启用感觉运动解复用BCI控制和感觉运动功能的增强

图6 可以从M1解码传入的握力强度级别，以启用通过触摸调节的肢体恢复

参考文献及来源：Ganzer, Patrick D et al. “Restoring the Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface.” cell vol. 181,4 (2020): 763-773.e12.

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