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  癱瘓的人可以重新行走嗎？鮑哲南團(tuán)隊(duì)帶來(lái)新突破
  
  2022-08-18 來(lái)源：生物世界
  
  
  
  神經(jīng)是生命活動(dòng)所必需的，對(duì)生活質(zhì)量有著重大影響，但神經(jīng)也容易受到身體損傷、遺傳因素、繼發(fā)性并發(fā)癥和衰老等各種原因的損害。一旦神經(jīng)受損，它們就難以重建，并且由于神經(jīng)受損導(dǎo)致生物信號(hào)傳導(dǎo)不良，會(huì)導(dǎo)致部分或全部身體功能長(zhǎng)久喪失。
  
  在神經(jīng)損傷患者的各種康復(fù)方法中，目前在臨床實(shí)踐中效果積極的是基于計(jì)算機(jī)控制的功能性電刺激（FES）療法。通過(guò)電刺激來(lái)誘導(dǎo)神經(jīng)病變患者已經(jīng)無(wú)法控制的肌肉進(jìn)行收縮，從而產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)能力。
  
  然而這種方法存在局限性，不適合患者在日常生活中長(zhǎng)期使用。因?yàn)檫@種方法需要復(fù)雜的數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理以刺激肌肉，在此過(guò)程中將消耗大量能量，且生物相容性差。
  
  2022年8月15日，斯坦福大學(xué)鮑哲南教授團(tuán)隊(duì)與首爾國(guó)立大學(xué)李泰雨教授團(tuán)隊(duì)合作，在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 上發(fā)表了題為：A low-power stretchable neuromorphic nerve with proprioceptive feedback 的研究論文。該研究通過(guò)人工神經(jīng)成功地恢復(fù)了癱瘓小鼠的肌肉運(yùn)動(dòng)，幫助癱瘓小鼠實(shí)現(xiàn)行走、奔跑甚至是踢球。
  
  為了解決功能性電刺激（FES）的局限性，研究團(tuán)隊(duì)成功地僅使用人工神經(jīng)控制小鼠的腿部運(yùn)動(dòng)，而無(wú)需使用復(fù)雜且笨重的外部計(jì)算機(jī)，使用可拉伸、低功率的有機(jī)納米線神經(jīng)形態(tài)裝置，模擬生物神經(jīng)纖維的結(jié)構(gòu)和功能。
  
  這種可拉伸的人工神經(jīng)由一個(gè)模擬本體感受器（指位于肌肉、肌腱和關(guān)節(jié)內(nèi)的感受器，感受身體在空間運(yùn)動(dòng)和位置的變更，向中樞提供信息）的應(yīng)變傳感器、一個(gè)模擬生物突觸的有機(jī)人工突觸和一個(gè)用于將信號(hào)傳輸?shù)酵炔考∪獾乃z電極組成。
  
  研究人員根據(jù)傳遞給人工突觸的動(dòng)作電位的發(fā)射頻率，以類似于生物神經(jīng)的原理，調(diào)整小鼠腿的運(yùn)動(dòng)和肌肉的收縮力。與功能性電刺激（FES）相比，該研究開(kāi)發(fā)的人工神經(jīng)實(shí)現(xiàn)了更順暢、更自然的腿部運(yùn)動(dòng)。
  
  此外，人工本體感受器能夠檢測(cè)小鼠的腿部運(yùn)動(dòng)，并實(shí)時(shí)反饋給人工突觸，以防止腿部運(yùn)動(dòng)過(guò)度導(dǎo)致肌肉損傷。
  
  在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用這種人工神經(jīng)成功幫助癱瘓的小鼠行走、奔跑，以及踢球。此外，該研究還通過(guò)從小鼠的運(yùn)動(dòng)皮層采集預(yù)先記錄的信號(hào)并通過(guò)人工突觸移動(dòng)小鼠的腿，展示了人工神經(jīng)在未來(lái)對(duì)自主運(yùn)動(dòng)的適用性。
  
  李泰雨教授表示，在醫(yī)學(xué)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步今天，神經(jīng)損傷仍然是一項(xiàng)重大科學(xué)挑戰(zhàn)，如果沒(méi)有新的突破，未來(lái)也仍將難以解決。而這項(xiàng)研究為使用神經(jīng)形態(tài)技術(shù)以工程的方式而不是生物醫(yī)學(xué)的方式克服神經(jīng)損傷。這項(xiàng)突破性進(jìn)展將為改善患有相關(guān)疾病和障礙的人的生活質(zhì)量開(kāi)辟一條新途徑。
  
  鮑哲南教授表示，這項(xiàng)研究充滿潛力，通過(guò)為神經(jīng)損傷患者開(kāi)發(fā)可拉伸的人工神經(jīng)，為開(kāi)發(fā)對(duì)患者友好的、更實(shí)用的可穿戴神經(jīng)假肢奠定了基礎(chǔ)。
  
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