想让它如此:科学延伸假肢的武器

电动假肢手臂可以帮助截肢者重获一些功能,但是这些设备需要时间来学习使用,他们提供的数量是有限的运动。

托德·a . Kuiken医学博士博士,一个物理治疗医师在芝加哥康复研究所和西北大学教授,开创了一种称为目标肌肉神经移植的技术(咯),它允许一个假肢直接回应大脑的信号,使其更容易使用比传统电动假肢。这种技术,仍处于开发阶段,允许使用者打开和关闭他们的人工手和弯曲和伸直人工肘部自然作为自己的武器。

“我们的想法是,当你失去了你的手臂,你失去了马达,肌肉和骨骼的结构元素,“Kuiken解释道。“但控制信息应该在残余神经依然存在。”他决定残余神经,曾经把大脑发出的指令产生的手臂,手腕和手部运动,并将它们连接到胸部肌肉,这样信号可以用来移动假肢。

近12个病人经历了咯迄今为止电动假肢手臂产生两个手臂动作:打开和关闭的手,弯曲和伸直肘部。但在从神经生理学杂志》上的一项新研究,发表的美国生理学会Kuiken和他的同事们证明咯有潜力提供了一个更大数量的手臂和手的动作,除了四个他们已经实现了。研究人员已经开始与两个美国陆军医疗中心工作,帮助士兵失去了四肢。

这项研究名为“解码一个新的neural-machine界面控制假肢,”是由平周,玛德琳·m·罗沃利他黄,凯文•b . Englehart Guanglin Li李维Hargrove,朱利叶斯P.A. Dewald Kuiken,西北大学和芝加哥康复研究所。Hargrove也隶属于新布伦瑞克大学,加拿大和阴暗的也隶属于都柏林大学,爱尔兰。

重定向神经

Kuiken第一次的想法咯,当他是一个研究生在1980年代。在他的第一个病人,Kuiken花了四神经已经截肢的手臂和重定向他们病人的胸部肌肉。结果,当病人想接近他的手——一只手,不再是脉冲传播的神经,到他的胸部,使胸部肌肉收缩。

下一步是使用肌肉收缩的胸部移动假肢。这是完成的帮助下一个肌电图(EMG),而拿起了肌肉发出电信号,当它收缩。

信号指示的假臂微处理器解码信号,告诉手臂要做什么。在他们的工作到目前为止,Kuiken和他的同事们编程假肢的处理器识别四个信号来产生两个手臂动作:打开和关闭的手,弯曲和伸直肘部。

结果“当病人认为关闭手手关闭。与之形成对比的是,目前电动假肢技术:病人必须学会使用新的肌肉组织把假肢;一次只能执行一个动作;合同,必须两个肌肉达到一个新的运动。

“这不是很常见的收缩你的胸部肌肉关闭你的手或弯曲手腕,“Kuiken说。“坦率地说,大多数人单方面的肩膀关节脱落截肢不戴假肢:太麻烦。”

更多的措施

虽然咯是更直观和自然,Kuiken和他的团队想看看他们能提取更多的大量的信息从神经和胸部肌肉产生的电信号,利用它提供更多的手和手臂的动作。

发表在《神经生理学期刊》上的研究中,他们把79 - 128电极之间的肌电图五个病人的胸肌上,看看他们是否可以识别独特的EMG模式发出16个不同的肘、腕、手,拇指和手指动作他们问病人执行。16的EMG信号从每个动作使用先进的信号处理技术进行了分析。研究发现,研究人员可以识别的信号与不同的手臂动作准确率达到了95%。

下一步是使用此信息来计划这些新进入假臂的微处理器,因此而不只是打开和关闭手弯曲和矫直手肘,现在的信号可以生产各种手抓模式,如需要持有一个棒球,拿起钢笔或掌握一种工具。

可能受益的士兵

Kuiken和他的同事们开始工作与军方在布鲁克陆军医疗中心萨姆。休斯顿在德克萨斯州和华盛顿的沃尔特里德陆军医院,特区将这项技术应用到士兵失去了四肢。

“我们兴奋地前进与我们的士兵有一天做这个手术,”他说。“我们已经能够证明显著控制假肢,这是一个令人兴奋的神经机接口,它提供了很多的希望。”

有一些额外的工作的注意事项Kuiken和他的同事们:他们表现神经传输损伤导致截肢手术15个月后,显示这些神经通路保持不变,即使他们没有使用一段时间。

同样,当研究人员接触这些病人胸部,病人说过那感觉就像他们抚摸在手臂或手,手臂或手不再存在。这其实并不奇怪,因为从神经大脑接收到一个脉冲,用来去手臂。大脑不知道神经现在是嵌入在一个不同的肌肉,并解释这种联系,因为它总是。

资料来源:美国生理学会