脑-机-腿接口恢复中风后运动

Credit: Skolkovo Institute of Science and Technology

Skoltech研究所的研究人员为受伤或中风后的腿部康复设计了一种新的康复方法，该方法使用脑机接口和通过皮肤传递的脊柱电刺激。

该解决方案由该研究所神经与工程中心的科学家开发，结合了虚拟现实技术，使瘫痪患者能够重新控制下肢，并通过重新建立运动和意图之间的联系来掌握自然运动。该系统在第四届神经技术和神经接口国际会议上提出。

该研究的主要作者、Skoltech研究实习生Ninenko表示:“中风后患者以及在某种程度上经历过脊髓创伤的患者经常需要进行康复，以试图重新连接大脑中移动受影响肢体的意图和实际的肌肉运动。”

研究人员设计了一个训练系统，汇集了以下所有方面:一个虚拟现实耳机，提示患者开始向虚拟目标运动，并创造独立运动的假象，一个神经接口，记录患者移动的意图，一个机器人，实际上以自然的方式移动腿，结合研究人员自己开发的软件，以及脊髓的经皮电刺激。

Credit: Skolkovo Institute of Science and Technology

研究人员使用的神经接口是一种现成的设备，一个带有电极的帽子，可以捕捉到大脑的电活动。科学家们对软件部分进行了脑电信号增强，他们修改了负责识别移动意图的协议。

该机器人是一个工业协作机械手，配备了高精度的扭矩传感器。它能够引导患者的腿朝着他们在虚拟现实中选择的目标相应的方向前进。该团队编写了特殊的软件，使机器人能够模拟自然的肢体运动，重现健康人的腿部运动轨迹。

Credit: Skolkovo Institute of Science and Technology

VR眼镜会显示患者试图将腿移向的多个目标。一旦脑机接口从大脑读出预期的动作，机器人就会执行该动作，患者就可以在虚拟现实中看到自己的肢体在移动，但机器人助手是看不见的。这使得运动被认为是由大脑发起和控制的，有助于连接大脑和肌肉之间的鸿沟。

最后，该系统的最后一个组成部分是通过贴在患者背部的电极对脊髓进行无创电刺激。这背后的想法是，神经元可能从大脑中获得了所谓的亚阈值信号，这些信号的强度不足以导致激活。外部电刺激可以克服这一障碍，并获得可靠的神经连接的形成，最终在没有人工支持的情况下也能正常工作。

Ninenko说:“在这种方法被临床应用之前，还有很多工作要做。”

来源：

https://ieeexplore.ieee.org/document/9912550

https://medicalxpress.com/news/2023-01-brain-computer-leg-interface-motion.html

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