癱瘓的人可以重新行走嗎？鮑哲南團隊帶來新突破
神經(jīng)是生命活動所必需的，對生活質(zhì)量有著重大影響，但神經(jīng)也容易受到身體損傷、遺傳因素、繼發(fā)性并發(fā)癥和衰老等各種原因的損害。一旦神經(jīng)受損，它們就難以重建，并且由于神經(jīng)受損導(dǎo)致生物信號傳導(dǎo)不良，會導(dǎo)致部分或全部身體功能長久喪失。
在神經(jīng)損傷患者的各種康復(fù)方法中，目前在臨床實踐中效果積極的是基于計算機控制的功能性電刺激（FES）療法。通過電刺激來誘導(dǎo)神經(jīng)病變患者已經(jīng)無法控制的肌肉進行收縮，從而產(chǎn)生一定的運動能力。
然而這種方法存在局限性，不適合患者在日常生活中長期使用。因為這種方法需要復(fù)雜的數(shù)字電路和計算機進行信號處理以刺激肌肉，在此過程中將消耗大量能量，且生物相容性差。
2022年8月15日，斯坦福大學(xué)鮑哲南教授團隊與首爾國立大學(xué)李泰雨教授團隊合作，在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 上發(fā)表了題為：A low-power stretchable neuromorphic nerve with proprioceptive feedback 的研究論文。該研究通過人工神經(jīng)成功地恢復(fù)了癱瘓小鼠的肌肉運動，幫助癱瘓小鼠實現(xiàn)行走、奔跑甚至是踢球。
為了解決功能性電刺激（FES）的局限性，研究團隊成功地僅使用人工神經(jīng)控制小鼠的腿部運動，而無需使用復(fù)雜且笨重的外部計算機，使用可拉伸、低功率的有機納米線神經(jīng)形態(tài)裝置，模擬生物神經(jīng)纖維的結(jié)構(gòu)和功能。
這種可拉伸的人工神經(jīng)由一個模擬本體感受器（指位于肌肉、肌腱和關(guān)節(jié)內(nèi)的感受器，感受身體在空間運動和位置的變更，向中樞提供信息）的應(yīng)變傳感器、一個模擬生物突觸的有機人工突觸和一個用于將信號傳輸?shù)酵炔考∪獾乃z電極組成。
研究人員根據(jù)傳遞給人工突觸的動作電位的發(fā)射頻率，以類似于生物神經(jīng)的原理，調(diào)整小鼠腿的運動和肌肉的收縮力。與功能性電刺激（FES）相比，該研究開發(fā)的人工神經(jīng)實現(xiàn)了更順暢、更自然的腿部運動。
此外，人工本體感受器能夠檢測小鼠的腿部運動，并實時反饋給人工突觸，以防止腿部運動過度導(dǎo)致肌肉損傷。
在這項研究中，研究團隊使用這種人工神經(jīng)成功幫助癱瘓的小鼠行走、奔跑，以及踢球。此外，該研究還通過從小鼠的運動皮層采集預(yù)先記錄的信號并通過人工突觸移動小鼠的腿，展示了人工神經(jīng)在未來對自主運動的適用性。
李泰雨教授表示，在醫(yī)學(xué)取得長足的進步今天，神經(jīng)損傷仍然是一項重大科學(xué)挑戰(zhàn)，如果沒有新的突破，未來也仍將難以解決。而這項研究為使用神經(jīng)形態(tài)技術(shù)以工程的方式而不是生物醫(yī)學(xué)的方式克服神經(jīng)損傷。這項突破性進展將為改善患有相關(guān)疾病和障礙的人的生活質(zhì)量開辟一條新途徑。
鮑哲南教授表示，這項研究充滿潛力，通過為神經(jīng)損傷患者開發(fā)可拉伸的人工神經(jīng)，為開發(fā)對患者友好的、更實用的可穿戴神經(jīng)假肢奠定了基礎(chǔ)。
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