广告
科学新闻
来自研究机构

截瘫患者恢复了一些感觉,使用脑机接口后的运动

戴特:
8月11日,二千零一十六
来源:
杜克大学医学中心
总结:
8名因脊髓损伤而瘫痪多年的患者在接受了大脑控制机器人的训练后,恢复了部分感觉和下肢肌肉控制。根据一项新的研究。
分享:
全文

这是一个总结实验的视频截图,显示一个患者正在学习使用虚拟现实中的虚拟人物行走。
图片来源:Aasdap/Lente Viva Filmes

8名因脊髓损伤而瘫痪多年的患者在接受了大脑控制机器人的训练后,恢复了部分感觉和下肢肌肉控制。根据8月8日发表的一项研究。11英寸科学报告.

病人使用脑机接口,包括一个虚拟现实系统,它利用自己的大脑活动来模拟对腿的完全控制。这项研究由杜克大学的神经学家米盖尔·尼古拉斯领导,M.D.Ph.D.作为圣保罗“再次行走”项目的一部分,巴西——为脊髓损伤患者提供承诺,中风和其他恢复体力的情况,流动性和独立性。

“当我们开始这个项目时,我们不可能预测到这个令人惊讶的临床结果,”Nicolelis说,杜克神经工程中心副主任,原籍巴西。

“我们在这篇文章中展示的是,长期使用脑机接口的患者在运动行为方面经历了改善,触觉和内脏功能低于脊髓损伤的水平,”他说。“到现在为止,在被诊断为完全瘫痪多年后,没有人见过病人恢复这些功能。”

几个病人经过7个月的训练后出现了变化。一年后,四名患者的感觉和肌肉控制发生了显著的变化,医生将他们的诊断从完全瘫痪升级为部分瘫痪。

大多数患者的膀胱控制和肠道功能都有所改善,减少他们对泻药和导管的依赖,他说。这些变化降低了患者感染的风险,这在慢性麻痹患者中很常见,是导致死亡的主要原因,Nicolelis说。

脑机系统建立了大脑和计算机之间的直接通信,或者通常是假肢,比如机器人的四肢。近二十年来,尼可利斯已经致力于建立和完善系统,记录数百个来自大脑神经元的同步信号,从这些信号中提取电机指令并将其转换为运动。

尼古拉斯和他的同事相信每周都要进行培训,康复患者重新接触了脊髓神经,在车祸中幸存下来,跌倒和其他导致下肢瘫痪的创伤。在康复之初,五名参与者至少五年前瘫痪;有两个瘫痪了十多年。

一个参与者,“病人1,”是一名32岁的妇女,在试验时瘫痪了13年,她经历了可能最剧烈的变化。在训练初期,她用牙套站不住了,但在整个研究过程中,她用助行器走路,牙套和治疗师的帮助。13个月后,她可以在用安全带支撑体重的同时自动移动双腿,如神经康复实验室所在地阿尔贝托桑托斯杜蒙特研究支持协会录制的视频所示。

尼可利斯说:“以前的一项研究表明,被诊断为完全性截瘫的患者中,仍有很大一部分脊髓神经完好无损。”这些神经可能会安静很多年,因为没有从皮层到肌肉的信号。随着时间的推移,用脑机接口训练可能会重新点燃这些神经。可能还有少量的纤维,但这可能足以将信号从大脑的运动皮质区传送到脊髓。”

在杜克大学建立基金会

从20世纪90年代开始,Nicolelis研究了脑细胞群是如何代表感觉和运动信息的,以及它们是如何产生行为的。包括上肢和下肢的运动。

在一个早期的实验中,与神经学家同事约翰K。蔡平Ph.D.尼可利斯用植入大脑的微电极来记录大鼠的大脑活动,这些大鼠被训练用来拉动机器人的杠杆来喝水。通过脑机接口,老鼠学会了只用大脑活动来控制杠杆。

尼可利斯说:“它们只是简单地产生了正确的大脑活动,而机械臂可以将水带到老鼠的嘴里,而不需要移动肌肉。”“受过训练,动物停止产生明显的行为,开始依赖大脑活动。”

在以后的努力中,尼古拉斯训练恒河猴使用脑机接口来控制机器人的四肢,后来,虚拟人物的三维运动——数字屏幕上的动画版本。这些动物很快就学会了通过精神上的怀孕来控制它们的运动;没有必要动身体。

这些恒河猴后来学会了在跑步机上行走,机器腿由它们的大脑控制。betway必威安卓他们还学会了用思想推动一个小电动轮椅朝着一碗葡萄走去。

公爵实验鼠和灵长类动物为人类病人的工作奠定了基础,包括2004年杜克神经外科医生丹尼斯·特纳的一篇文章,M.D.这就建立了一个模型来记录病人用手握住不同力量的球时的大脑活动。

尼可利斯说:“了解大脑是如何编码运动的,这很重要。”“我们发现了大脑运作的原理,如果不进入大脑,我们是不会发现的。”

仍然,Nicolelis说,这些研究的目的是为重度残疾患者提供更好的假肢和大脑控制装置。

“没人料到我们会看到我们的发现,这是感觉运动和内脏功能的部分神经恢复,”他说。

国际合作

“再次行走”项目汇集了来自25个国家的100多名科学家,当朱利安·平托第一次在圣保罗2014年世界杯上制造新闻时,一个年轻的截瘫患者,使用大脑控制的机器人外骨骼,在开幕式上踢足球。

“再次行走”项目也于那年在圣保罗启动了神经康复研究。八名患者每周至少花两个小时使用脑机接口,或者通过大脑信号控制的装置。所有人都是通过学习如何操作自己的化身开始这个项目的,或数字相似性,在虚拟现实环境中。必威体育app 下载

患者戴着装有11个无创电极的帽子,通过脑电图记录他们的大脑活动。最初,当参与者被要求想象在虚拟环境中行走时,必威体育app 下载科学家们没有观察到他们腿部运动控制相关区域的预期信号。

“如果你说,用你的手,有大脑活动的调节,”尼可利斯说。“但是大脑几乎完全抹去了他们下肢的表现。”

经过几个月的训练,科学家们开始观察当病人想到要移动他们的腿时他们期望看到的大脑活动。“基本上,这项训练将下肢的表现重新植入了患者的大脑。

随着他们的进步,患者从虚拟现实发展到更具挑战性的设备,这些设备需要更多地控制他们的姿势,平衡和使用上肢的能力,包括在美国一些理疗中心使用的两种商用步行设备:Zerog和Lokomat。由于受伤或中风等神经疾病导致瘫痪后,他们都使用头顶上的安全带来支撑患者的体重,从而增强力量和正确的步态。

病人们轮流使用其他应用机器人技术的训练系统,包括在2014年世界杯上穿的外骨骼平托。

在他们大部分的训练中,参与者还戴着一个装有触摸技术的袖套,称为触觉反馈,以丰富体验并训练他们的大脑。Nicolelis说。触觉使用不同的振动来提供触觉反馈,就像游戏玩家通过手持控制器感受到的嗡嗡作响的震动或回扣。

每一种感觉都是独一无二的。所以当阿凡达在沙滩上行走时,患者前臂的压力波与他们在草地或柏油路上行走时不同,Nicolelis说。

“触觉反馈是同步的,病人的大脑会产生一种自己走路的感觉,没有设备的帮助,”尼可利斯说。“这会让人产生一种错觉,那就是他们感觉到自己的腿在动。我们的理论是这样做,我们不仅在皮层水平诱导可塑性,也在脊髓。”

下一步

研究中描述的几乎所有患者都继续康复,现在超过两年的训练,Nicolelis说。他和同事们计划公布更多关于参与者持续进步的数据。他们还计划对最近遭受脊髓损伤的患者进行一项新的试验,看看更快的治疗是否能带来更快或更好的结果。

该团队还继续努力调整世界各地无法使用最新设备进入物理治疗中心的患者可使用的技术。也许最好的答案是触觉袖子,相比之下,这是可以负担得起的,病人可以在家里使用,Nicolelis说。

除了尼可利斯,研究作者包括Ana R.C.多纳蒂;索拉曼·肖库尔;Edgard Morya;黛伯拉Sf.坎波斯;雷南CMoioli;克劳蒂亚M吉蒂;帕特丽夏湾奥古斯托;Sandra Tripodi;克里斯蒂安G皮雷斯;吉斯兰APereira;法布里西奥湖Brasil;Simone Gallo;安东尼A林;安吉洛KTakigami;玛丽亚AAratanha;Sanjay Joshi;Hannes Bleuler;Gordon Cheng;还有艾伦·鲁道夫。

本研究由巴西研究和项目融资机构(FINEP 01·12·0514·00)资助。巴西科学部,技术和创新,还有ITA银行。作者在手稿中列出了其他的确认。他们声明没有与这项工作相关的竞争性经济利益。

视频伴随着研究说明了他们的进展。

故事来源:

材料提供的杜克大学医学中心.注意:内容可以根据样式和长度进行编辑。


日记帐引用

  1. 安娜河C.多纳蒂索拉曼·肖库尔,Edgard Morya黛伯拉Sf.坎波斯雷南CMoioli克劳蒂亚M吉蒂帕特丽夏湾奥古斯托Sandra Tripodi克里斯蒂安G皮雷斯吉斯兰APereira法布里西奥湖BrasilSimone Gallo安东尼A林安吉洛KTakigami玛丽亚AAratanhaSanjay JoshiHannes BleulerGordon ChengAlan Rudolph米格尔AL.尼科莱斯。基于脑机接口的步态协议的长期训练诱导截瘫患者部分神经功能恢复.科学报告,2016;6:30383 DOI:10.1038/SREP30383

引用这一页

杜克大学医学中心。“截瘫患者恢复了一些感觉,使用脑机接口后的运动〉《科学日报》。betway必威安卓betway必威安卓科学日报,2016年8月11日。 .
杜克大学医学中心。(2016)8月11日)。截瘫患者恢复了一些感觉,使用脑机接口后的动作。 betway必威安卓.4月18日检索,2019摘自www.sciebetway必威安卓ncedaily.com/releases/2016/08/160811101008.htm
杜克大学医学中心。“截瘫患者恢复了一些感觉,使用脑机接口后的运动〉《科学日报》。betway必威安卓www.betway必威安卓sciencedaily.com/releases/2016/08/160811101008.htm(4月18日访问)2019)。

相关故事

从网络周围

以下是您可能感兴趣的相关文章。betway必威安卓《科学日报》与 趋势网络从第三方广告商那里获得收入,如有指示。