新闻:基于脑机接口和经皮脊髓电刺激的下肢康复新方法
来源: 李泽远/
华南师范大学
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2023-10-05

新闻:基于脑机接口和经皮脊髓电刺激的下肢康复新方法

全世界数百万人因脊髓损伤和中风而出现感觉、运动或认知功能障碍。神经系统的恢复有许多限制,使大多数传统的医疗方法无效,而神经接口和神经刺激技术等新的神经技术可能会彻底改变神经疾病的康复程序。近日,Skoltech的研究人员设计了一种新的方法,用于受伤或中风后的腿部康复,并且开发了一个带有BCI系统和独特机器人助手的虚拟环境,为中风和脊髓损伤后的患者提供帮助。

这个系统包括虚拟现实耳机、神经接口和经皮电刺激装置。通过使用这些工具,患者可以朝着虚拟目标进行腿部运动,并产生自身肌肉运动的错觉。同时,神经接口可以记录他们的运动意图,经皮电刺激则可以以自然的方式移动他们的腿部和脊髓。这种训练可以帮助患者进行康复,重新建立大脑和肌肉之间的联系。

研究人员设计了一个虚拟环境,用来辅助预测瘫痪腿在目标方向上的运动。他们使用医用级NVX-36放大器来注册脑电图(EEG),BCI采用P300范式。旨在通过神经接口连接到神经系统、读取和解码其活动,并向外部辅助设备输出信号,用于协调启动自主运动相关的神经元活动和由辅助设备工作产生的传入信号。

训练场景

与此同时,研究人员开发了一种特殊的机器人,该机器人可以模仿自然行走模式移动患者的腿,机器与人协作兼容,用于患者的康复过程。机器人具有高精度的传感器数据和高达1kHz的更新频率,使其能够对行为处理做出快速反应,并使其适合与人类交互。

此外,研究人员还采用经皮脊髓电刺激(tSCS)来进行结合治疗。脊髓电刺激通过将电极定位在椎骨T11-T12的棘突之间,阳极位于髂骨顶部上方,以30 Hz的双极或单极脉冲(以5 Hz的频率调制)来执行。这种刺激与机器人进行的腿部运动同步施加,给予患者适当的反馈。

患者通过使用虚拟现实耳机,在虚拟环境中进行跨步练习。同时,脑电活动被记录和解码,用于脑机接口应用。患者被引导将注意力集中在目标上,并想象自己的腿在运动。一旦脑机接口侦测到患者的意图,机器人就会启动相应的运动程序。在虚拟环境中,患者可以观察到自己的腿在没有机器人辅助的情况下运动。同时,经皮脊髓电刺激,患者尝试自主运动相关的神经元活动和机器人助手产生的传入信号同步。以用来帮助患者逐步恢复下肢功能。

Skoltech的研究人员提出了一套新的下肢康复训练方法,并开发了一套由BCI控制、促进瘫痪腿运动的机器人辅助器具。在未来,这种多技术的结合有望成为恢复中风或脊髓损伤导致的下肢损伤的有效方法。

参考文献

[1] Ivan N, Alisa K, Egorov M, et al. Novel method for lower limb rehabilitation based on brain-computer interface and transcutaneous spinal cord electrical stimulation[C]//2022 Fourth international conference neurotechnologies and neurointerfaces (CNN). IEEE, 2022: 111-112.

[2] https://mp.weixin.qq.com/s/BbTDnGSlt_eaAtfow2wPlA

撰稿人:李泽远

审稿人:何乐为


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