科學家用“隱藏”神經(jīng)信號指令控制仿生假肢
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科技日報訊 （記者張夢然）奧地利維也納醫(yī)科大學與英國倫敦帝國理工學院團隊開發(fā)出一種新方法，能精確捕捉并解碼上臂截肢者殘肢中“隱藏”的神經(jīng)信號，并將其轉(zhuǎn)化為對仿生假肢的精確運動指令。這項成果發(fā)表于近期《自然·生物醫(yī)學工程》，為研發(fā)下一代更智能、更直觀的仿生假肢鋪平了道路。
團隊為3名上肢截肢的志愿者植入了一種新型40通道微電極陣列。這些電極被植入經(jīng)過靶向肌肉神經(jīng)支配（TMR）手術(shù)改造的肌肉中。TMR手術(shù)通過將截肢后殘存的臂部神經(jīng)重新連接到上臂殘存的肌肉上，創(chuàng)造出新的生物接口，使得原本用于控制手和手臂的神經(jīng)信號能夠在肌肉收縮時被檢測到。
通過結(jié)合TMR手術(shù)與高密度植入式微電極，團隊首次實現(xiàn)了對單個運動神經(jīng)元活動的直接測量。這些神經(jīng)元位于脊髓，負責將大腦的運動指令傳遞給肌肉。實驗中，參與者被要求在腦海中想象使用他們的“幻影手”執(zhí)行各種動作，如伸展手指或彎曲手腕。研究人員同步記錄電極捕捉到的神經(jīng)信號，并將其與特定的運動意圖進行匹配。
分析結(jié)果顯示，即使在截肢多年后，大腦發(fā)出的復雜運動指令依然完整地保留在神經(jīng)系統(tǒng)中，且這些精細的信號可以通過數(shù)學算法被有效解碼和重建。
這一突破意味著未來的仿生假肢將不再依賴簡單的肌肉收縮模式進行粗略控制，而是能夠響應使用者更精細、更自然的運動意圖。目前的研究成果也為下一代無線植入式設備的開發(fā)奠定了基礎。這類設備有望在未來實現(xiàn)將神經(jīng)信號直接、實時地無線傳輸至仿生手或其他輔助系統(tǒng)，最終幫助截肢者恢復接近自然的肢體功能。
