被截肢者可以學會用自己的思想來控制機器人手臂

芝加哥大學神經科學家的一項新研究表明截肢者如何通過植入大腦的電極來學習控制機器人手臂。

該研究發表在Nature Communications上，詳細介紹了用于控制截肢和剩余完整肢體的大腦兩側發生的變化。結果顯示，兩個區域都可以創建新的連接，以學習如何控制設備，甚至在截肢后幾年。

“這是這項研究的新穎方面，看到慢性長期截肢者可以學會控制機器人肢體，”UChicago的生物與解剖學教授，該研究的高級作者Nicho Hatsopoulos博士說。“但同樣有趣的是大腦長期暴露的可塑性，以及當他們學會控制設備時看到網絡連接發生了什么。”

以前的實驗已經顯示了癱瘓的人類患者如何通過腦機接口移動機器人肢體。這項新研究是最先測試這些裝置在截肢者身上的可行性的研究之一。

研究人員與三只恒河猴一起工作，這些猴子在年輕時受傷，并且分別在4年，9年和10年前必須截肢手臂以拯救它們。為了研究的目的，他們的肢體沒有截肢。在其中兩只動物中，研究人員在截肢的對側或對側植入電極陣列。這是用于控制截肢的一側。在第三只動物中，將電極植入截肢的同側或同側。這是仍然控制完整肢體的一面。

然后訓練猴子(慷慨的果汁幫助)移動機器人手臂并僅使用他們的想法抓住一個球。科學家們記錄了放置電極的神經元的活動，并使用統計模型計算了實驗前，訓練期間以及猴子掌握活動后神經元如何相互連接。

對側神經元之間的連接 - 控制截肢手臂的一側 - 在訓練前是稀疏的，很可能是因為它們在很長一段時間內沒有被用于該功能。但隨著訓練的進行，這些連接在用于到達和抓握的區域變得更加強大和密集。

在同側 - 控制猴子完整手臂的一側 - 在實驗開始時連接密集。但是隨著培訓的進展，研究人員看到了一些有趣的事情：在重建成一個新的密集網絡之前，首先修剪連接并使網絡變薄。

“這意味著當動物試圖學習一項新任務時，連接正在逐漸消失，因為已經有一個網絡控制著其他一些行為，”領導這項研究的博士后研究員Karthikeyan Balasubramanian博士說。“但幾天后，它開始重建為一個可以控制完整肢體和神經修復體的新網絡。”

現在，該團隊計劃通過將其與其他團體的研究結合起來，繼續他們的工作，為神經假肢提供關于觸覺和本體感覺的感覺反饋，這是肢體在太空中的位置感。

“這就是我們如何開始創造真正響應的神經假肢，當人們可以通過大腦機器界面移動它并獲得自然感覺時，”Hatsopoulos說。