精细控制电脉冲刺激有望助瘫痪者恢复运动能力

2016年11月28日 15:17 来源:新华网
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  新华社旧金山11月27日电(记者马丹)美国研究人员在动物实验中发现,向神经束内植入包含多个电极的电极阵,用以接收精细控制的外部电脉冲,可以刺激末梢神经从而控制肢体活动且不易产生疲劳。这种方法未来有望帮助瘫痪者恢复一定程度的活动能力。

  脊髓与大脑构成人的中枢神经系统,脊髓损伤通常会导致患者瘫痪。在脊髓受损的情况下,虽然大脑以及处于神经系统末端的运动神经末梢和感觉神经末梢仍能工作,但生物电信号无法在大脑和神经末梢之间传导。

  目前临床上采用功能性神经肌肉刺激方案,即一般采用单一电极、用高频脉冲刺激神经或肌肉的方法来帮助瘫痪者激活运动能力,但这种方法有肌肉很快疲劳等局限性。导致大多数局限性的原因是植入肌肉并起刺激作用的电极在肌肉选择性方面功能较差、评估肌肉力量输出的能力较弱,以至于现存的基于功能性神经肌肉刺激的系统无法很好地实现顺畅的、精细的操作。

  美国俄勒冈州立大学和犹他大学的研究人员希望解决上述生物电信号的传输问题。他们以麻醉后的猫为实验对象,使用经过优化的“比例-积分-速率”(PIV)控制器调节向猫的末端神经发射精细控制的电脉冲,成功刺激了猫踝部肌肉的活动。

  这项研究的一个重点是如何精细控制刺激末端神经的电脉冲。研究人员在猫的坐骨神经内植入一个由100个电极组成的微型电极阵,其基部只有16平方毫米。这种由犹他大学研发的电极阵可选择性地激发一块目标肌肉内好几个运动单元的活动,并能在正确的时间激活正确的神经纤维,因此使猫的踝关节跖屈肌运动变得顺畅且抗疲劳。

  研究团队负责人、俄勒冈州立大学电气工程和计算机科学教授V·约翰·马修斯说,这一研究结果给瘫痪者带来新的希望。也许有朝一日患者能使用一个手机大小的可穿戴控制器,向植入其末端神经系统的电极阵发射脉冲,可以至少激活某种程度的活动,比如瘫痪在床的患者可以利用这种技术起床、借助拐杖走几步。马修斯希望5至10年内这种技术能初步用于治疗瘫痪。

  相关论文近日发表在瑞士《神经科学前沿》杂志上。

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