連續(xù)神經(jīng)控制仿生肢體技術(shù)助力恢復(fù)行走
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】神經(jīng)義肢技術(shù)，即neuroprosthetics，是一種利用電子裝置來(lái)替代或恢復(fù)受損神經(jīng)系統(tǒng)或感覺(jué)器官功能的先進(jìn)科技。它通過(guò)將電子設(shè)備與人體神經(jīng)系統(tǒng)相連，使截肢者能夠重新獲得對(duì)肢體的控制感，甚至恢復(fù)接近自然的運(yùn)動(dòng)能力。這一領(lǐng)域的發(fā)展，不僅是對(duì)醫(yī)學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)，更是對(duì)人類(lèi)潛能的深刻探索。
美國(guó)麻省理工學(xué)院的Hugh Herr和合作者研究了一個(gè)神經(jīng)義肢接口，能讓仿生腿對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生完全響應(yīng)。該接口由手術(shù)構(gòu)建的成對(duì)的主動(dòng)肌-拮抗肌組成，這些肌肉能恢復(fù)自然本體感覺(jué)感知四肢位置和運(yùn)動(dòng)的能力，在臨床試驗(yàn)中讓14名膝下截肢人士改善了行走控制。
Herr教授及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這種連續(xù)神經(jīng)控制仿生腿，其核心在于一種創(chuàng)新的神經(jīng)義肢接口。這一接口通過(guò)手術(shù)將截肢者殘肢內(nèi)的主動(dòng)肌與拮抗肌重新連接，并通過(guò)感知電極檢測(cè)這些肌肉產(chǎn)生的電信號(hào)。這些信號(hào)隨后被傳輸至仿生腿，驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)依賴預(yù)設(shè)算法控制的仿生腿不同，這種仿生腿完全由人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了真正的“想即動(dòng)”。
通過(guò)精細(xì)的手術(shù)操作，研究團(tuán)隊(duì)成功地將截肢者的殘余肌肉與神經(jīng)重新連接，為仿生腿提供了精準(zhǔn)的控制信號(hào)。先進(jìn)的感知電極和信號(hào)處理技術(shù)使得這些信號(hào)能夠被準(zhǔn)確捕捉并轉(zhuǎn)化為仿生腿的運(yùn)動(dòng)指令。同時(shí)，仿生腿本身采用了輕質(zhì)材料和高性能電機(jī)，確保了其輕便性和高效性。
試驗(yàn)共有14名單側(cè)膝下截肢的受試者，其中7人有神經(jīng)義肢接口。與沒(méi)有神經(jīng)義肢接口的膝下截肢人士的行走速度相比，這些受試者的行走速度提升了41%，甚至能與未截肢的健全人相媲美。此外，他們?cè)谄胶饽芰?、改變速度、爬樓梯和跨越障礙等方面也表現(xiàn)出色。
隨著神經(jīng)義肢技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，截肢者將能夠擁有更加接近自然的肢體運(yùn)動(dòng)能力。而隨著腦機(jī)接口(BCI)和神經(jīng)織網(wǎng)(Neural Lace)等前沿技術(shù)的不斷突破，人類(lèi)智能與人工智能的融合將更加深入，為我們的生活帶來(lái)更多可能。
相關(guān)研究成果Continuous neural control of a bionic limb restores biomimetic gait after amputation于近日發(fā)表于《自然—醫(yī)學(xué)》(Nature Medicine)。
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