先进的假肢在大脑中映射

欧洲中心的科学家Neuroprosthetics使用功能性核磁共振显示大脑如何再现运动和感觉通路有针对性的运动和感觉神经移植(TMSR)后,neuroprosthetic方法,残肢神经被转发到完整的控制机器人肢体肌肉和皮肤区域。

目标运动和感觉神经重建(TMSR)是一种外科手术，对截肢患者进行手术，将残肢神经重新定向到完整的肌肉和皮肤，以使其适应假肢，允许前所未有的控制。就其本质而言，TMSR改变了大脑处理运动控制和体感输入的方式;然而，详细的大脑机制之前从未被研究过，TMSR假肢的成功将取决于我们理解大脑重新绘制这些路径的能力。现在，EPFL的科学家们已经使用超高场7特斯拉功能磁共振来显示TMSR如何影响截肢患者的上肢大脑表征，特别是原发性截肢电机皮质和躯体感觉皮质以及处理更复杂大脑功能的区域。研究结果发表在大脑。

有针对性的电动机和感觉重新调度（TMSR）用于改善上肢假体的控制。来自截肢肢体的残余神经转移以重新核化并激活新的肌肉靶标。这样，患有TMSR假肢的患者将电机命令发送到重新接管的肌肉，他或她的运动意图被解码并送往假肢肢体。另一方面，将皮肤直接刺激皮肤在重新接管的肌肉上被送回大脑，诱导缺失肢体的触摸感知。

但是大脑是如何编码和整合这些人工触摸和动作的假肢吗?这如何影响我们更好地整合和控制假肢的能力?实现和微调这种控制取决于了解患者的大脑如何在运动皮质和体感皮质中重新绘制各种运动和体感通路。

欧洲足球学院奥拉夫·布兰克的实验室，与安德里亚Serino合作大学医院的临床医生和研究人员在瑞士的洛桑和团队和国外已经成功地映射出这些皮质的变化三个上肢截肢患者经历了TMSR和熟练用户开发的假肢托德Kuiken和他芝加哥康复研究所的一个小组。

科学家们使用了超高场7T功能磁共振成像(fMRI)，这是一种通过检测流经大脑的血流变化来测量大脑活动的技术。这使他们对每个病人的主要运动和躯体感觉皮层的皮层组织有了前所未有的了解。

令人惊讶的是，该研究显示，截肢者的运动皮层地图在程度、强度和地形图方面与未截肢者相似，但与未接受TMSR但使用标准假肢的截肢者不同。这显示了TMSR手术对大脑运动图的独特影响。

这种方法甚至能够识别TMSR患者躯体感觉皮层中缺失的(幻指)手指，这些手指通过胸部或残肢的神经再生皮肤区域被激活。

躯体感觉地图表明，大脑保留了其原始地形组织，尽管比健康主体较小。此外，当研究两种皮质地图的上肢地图之间的连接时，研究人员发现了与健康对照相当的TMSR患者中的正常连接。然而，在非TMSR患者中再次降低了原始映射的保存，表明TMSR程序保留了主要感觉和电机皮层之间的强功能连接。

研究还表明，TMSR仍需改善:TMSR患者的初级感觉皮层和运动皮层与额顶叶皮质高级实施区之间的联系与非TMSR患者一样弱，且与健康受试者不同。

这表明，尽管tmsr赋予假肢良好的运动性能，但它仍然不活动，感觉起来像真正的肢体，也仍然没有被患者编码大脑作为一个真正的肢体。科学家得出结论，未来的TMSR假肢应该实施与机器人手动运动相关的系统性躯体感应反馈，使患者能够感受人造肢体运动的感觉后果。

该研究结果提供了基于TMSR假体的仿生肢体患者的第一种详细的神经影像调查，并表明超高领域7 Tesla FMRI是研究截肢后电机和躯体感应皮层的上肢地图的特殊工具。

此外，研究结果表明，TMSR可能会抵消大脑的适应性较差的可塑性皮质在失去肢体之后。作者认为，这可能为截肢患者大脑皮层可塑性的本质和可逆性及其与幻觉的联系提供新的见解肢综合症和痛苦。

最后，该研究还表明，需要进一步的工程进步，例如将躯体感应反馈的整合到目前的假肢，这可以使它们移动和感觉成为真正的四肢。

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