Paralyzed Patient Feels Sensation Again

加州理工学院的科学家们首次用一组微型电极刺激大脑的某一区域,从而诱导出瘫痪患者手臂的自然感觉。患者有高度脊髓损伤,除了不能移动四肢,也感觉不到它们。这项工作有一天可能会让使用假肢的瘫痪人士从安装在这些设备上的传感器中感受到身体的反馈。

该研究是在安徒生实验室、博斯韦尔神经科学教授、陈氏脑机接口中心领导主席、陈氏脑机接口中心主任的指导下进行的。一篇描述这项工作的论文发表在4月10日出版的《生活》杂志上。

躯体感觉皮层是一条控制身体感觉的脑带,包括本体感觉(运动或身体在空间中的位置的感觉)和皮肤感觉(压力、振动、触摸等)。在这项新研究之前,针对类似大脑区域的神经植入物主要产生手刺痛或嗡嗡声等感觉。安徒生实验室的植入物能够通过皮质内刺激产生更自然的感觉,类似于患者受伤前的感觉。

这位病人三年前因脊髓损伤从肩部以下瘫痪。在南加州大学凯克医院(Keck Hospital of USC),他的躯体感觉皮层被外科手术植入了两排微型电极。使用数组,研究者刺激神经元在该地区有非常小的电脉冲只participantreported感觉不同的自然sensations—如挤压、攻丝,一种向上的运动,和几个others—这将不同类型、强度和位置根据频率、幅度和位置的刺激的数组。这是第一次由皮质内神经刺激引起这样的自然感觉。

这很有趣,研究参与者谈到这种感觉。"有很多挤压,挤压,运动,诸如此类。希望这对将来的某个人有所帮助

虽然不同类型的刺激确实会引起不同的感觉,但控制特定身体感觉的神经代码仍不清楚。在未来的工作中,研究人员希望确定放置电极和刺激体感大脑区域的精确方法,以诱导特定的感觉,并创建一种刺激和相应感觉的字典。

安徒生表示,下一步的主要工作是将这项技术与现有的神经修复技术结合起来。2015年,安徒生的实验室开发了脑机接口(BMIs),将假肢机械臂与植入大脑中控制意图区域的电极连接起来。这样,一个瘫痪的人就可以利用假肢伸出手来,抓住一个杯子,把它拿到嘴里喝。将该设备与躯体感觉皮层连接起来,将产生双向BMIs,使瘫痪的人在使用假肢时能够再次感觉到。

安徒生说,目前对神经假肢来说,唯一可用的反馈是视觉的,这意味着参与者可以观看由大脑控制的机器人肢体的操作,从而做出纠正。然而,一旦一个物体被抓住,也必须有躯体感觉信息来灵巧地操纵物体。刺激诱导的躯体感觉具有潜在的附加优势,可产生体现感;例如,随着时间的推移,参与者可能会觉得机械手是他们身体的一部分

南加州大学神经修复中心主任、临床神经外科和神经学教授Charles Liu说:“在临床治疗神经损伤患者时,我们知道没有感觉的肢体远没有那么有用,同样的概念也适用于神经假肢装置。”恢复自然感觉的能力是我们的目标中非常重要的一步,我们的目标是有一天实现神经损伤患者神经功能的全面恢复

这项研究的题目是"本体和皮肤感觉在人类诱发的皮质内微刺激。"论文的第一作者是博士后学者Michelle Armenta Salas和Luke Bashford,以及科学研究员Spencer Kellis。加州理工学院的其他合著者包括研究生Matiar Jafari和HyeongChan Jo,以及实验室经理Kelsie Pejsa。其他合著者还有南加州大学的Daniel Kramer和Brian Lee;和凯思琳·山菲尔德(Kathleen Shanfield)在兰乔·洛斯朋友国家康复中心(Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center)工作。该基金由美国卫生与公众服务部、美国国立卫生研究院、美国国家神经疾病和中风研究所、天桥和克丽丝·陈脑机接口中心、黛拉·马丁基金会、博斯韦尔基金会、国家科学基金会和大卫·格芬医学奖学金提供。

理查德·安徒生(Richard Andersen)是加州理工大学天桥神经科学研究所(Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience at Caltech)的副教授。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.caltech.edu/about/news/paralyzed-patient-feels-sensation-again-81934

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