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瘫痪病人重获感觉

发布时间:2019-03-07 20:59:35

功能性核磁共振成像(fMRI)被用来加亮选择躯体感觉皮质的植入位点。被植入该区域的电极能够刺激神经元,使瘫痪的人产生手臂被挤压或轻拍的身体感觉。

图片版权:安徒生实验室

通过一组微小的电极刺激脑部的某一区域,加州理工学院(Caltech)的科学家们首次在瘫痪患者的手臂上引起了自然感觉。瘫痪患者由于脊髓高度损伤,无法移动肢体,也无任何直觉。这项研究在将来有可能让瘫痪病人通过植入假肢的感受器,感受到身体的反馈。

这项研究在理查德•安徒生(Richard Andersen)实验室完成。他是James G. Boswell神经学教授、T C Chen 脑机接口研究中心主席兼负责人。一份描述该研究的论文发表于4月10日出版的《eLife》上。

躯体感觉皮质(somatosensory cortex)是大脑中管理身体感觉的带状部分,身体感觉包括本体感觉(proprioceptive sensations)(运动的感觉或身体的空间位置)和皮肤感觉(cutaneous sensations)(诸如像压力、振动、触觉等)。在这项新研究之前,

瘫痪病人重获感觉

神经植入器主要把类似的脑区域作为目标,产生诸如手部刺痛或发麻的感觉。安徒生实验室的植入器能够通过皮质内刺激产生更多自然感觉,与患者受伤前所体验到的感觉类似。

患者三年前脊髓受损,从肩部以下开始瘫痪。两组微小的电极通过手术被植入到了他的躯体感觉皮质中。通过电极,研究者们用很小的脉冲电流刺激这一区域的神经元。参与者们反映,感受到了诸如挤压、轻拍、向上运动等不同的自然感觉。此外,随着电脉冲的频率、振幅和刺激位置的变化,所产生感觉的类型、强度和位置也有所不同。这是人们首次通过皮质内神经刺激成功产生出自然感觉。

“非常有趣。”参与研究的人如此描述这种感觉,“有许多诸如拧捏、挤压、运动的感觉。希望这项研究在将来能给予别人帮助。”

尽管不同类型的刺激确实能带来不同的感觉,但神经编码与身体感知之间的具体对应关系还不清楚。在未来的研究中,研究者们希望通过确定电极植入的准确方式,使脑中躯体感觉皮质区域受到刺激产生出特定的感觉,编写出电极刺激与身体感觉之间关系的对应词典。

根据安徒生所说,接下来的主要工作是通过目前的神经修复学完善这项科技。在2015年,安徒生实验室发明了脑机接口(BMIs),它可将假臂与植入脑部控制意向区域的电极连接起来。如此,瘫痪病人可以使假体机械手臂伸出,抓住杯子,并将杯子拿到嘴边喝水。将假肢与躯体感觉皮质相连能产生双向脑机接口,能使瘫痪病人通过假肢再次获得感觉。

“目前可让神经修复学使用的反馈是视觉,意味着参与者可以看着大脑控制的义肢操作,并作出矫正。”安徒生说,“然而,一旦物体被抓住,只有通过躯体感觉信息才能巧妙地操纵这个物体。而且,产生刺激的躯体感觉还可能促进真实体感的产生,例如,随着穿戴时间的增加,参与者会能够渐渐感觉到义肢成为自己身体的一部分。”

文章来源:加州理工学院(California Institute of Technology)提供的素材

翻译:谢汝雨

审稿:林然

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