“就像你又有一只手”:一个受雇假肢
为截肢者在受雇的一个重大进步的义肢,密歇根大学的研究人员已经利用微弱,潜在的来自臂神经信号,放大他们使实时、直观、finger-level控制机器人的手。
为了实现这一点,研究人员开发了一种方法来驯服喜怒无常的神经末梢,单独的粗神经束成更小的纤维,使更多精确控制通过这些神经,放大信号。的方法包括小肌肉移植和机器学习算法借用了脑机接口字段。
“这是最大的进步电动机控制截肢患者多年,”Paul Cederna说谁是罗伯特Oneal大学密歇根大学医学院整形外科教授,以及生物医学工程教授。
“我们已经开发出一种技术来提供单个手指控制假肢设备使用神经病人的残肢。,我们已经能够提供一些最先进的假肢控制世界。”
与辛迪Chestek Cederna位联席研究,生物医学工程副教授密歇根大学工程学院。在3月4日发表的一篇论文科学转化医学,他们描述的结果有四个研究参与者使用莫比乌斯仿生学卢克的手臂。
直观的假肢控制第一次尝试工作
“你可以做一个假肢手做很多事情,但这并不意味着人直观地控制它。不同的是当它作用于第一次尝试就通过思考它,这就是我们的方法,”Chestek说。“这工作我们尝试第一次。没有学习的参与者。所有的学习发生在我们的算法。与其他方法不同。”
尽管研究参与者尚未允许把手臂带回家,在实验室里,他们可以拿起块军掌握;把拇指在一个连续的运动,而不是选择两个位置;电梯球形状的对象;甚至在一个版本的岩石,纸,剪刀称为岩石,纸,钳。
“这就像你又有一只手,“参与者乔·汉密尔顿说,他在2013年在一次烟花爆竹事故中失去了他的手臂。“你可以做任何你可以做一个真正的手手。把你带回一种常态。”
把一个微小的肌肉移植变成神经信号放大器
如今假肢的最大障碍之一是利用一个强大和稳定的神经信号,为仿生肢体。在脑机接口工作的一些研究groups-those场移到的主要来源,大脑。这是必要的,在处理人瘫痪。但它的入侵和高风险。
对截肢,周围神经——网络粉丝从大脑和脊髓cord-have是有趣的,但他们还没有导致一个长期的解决方案是有原因的:他们携带的神经信号很小。和其他方法来收拾这些信号探测器,偷听了武力。神经,这些“钉子”作为研究人员有时引用它们,导致疤痕组织,形已经微弱的信号。
密歇根大学团队想出了一个更好的方法。他们包装的小肌肉移植神经末梢在参与者的怀里。这些“再生周围神经接口”,或RPNIs提供切断神经理解的新组织。这可以防止神经群众称为神经瘤的生长导致幻肢疼痛。和它给神经一个扩音器。肌肉移植放大神经信号。两个病人的肌肉移植物植入电极,电极能够记录这些神经信号并通过实时假肢手。
“据我所知,我们看到的最大电压记录神经与所有先前的结果相比,“Chestek说。“在以前的方法,你可能得到5微伏或50 microvolts-very很小的信号。我们看到的第一个毫伏信号。
“现在我们可以访问与个人相关的信号拇指运动,自由multidegree拇指运动,个人的手指。这为人们打开了一个全新的世界上肢假肢的用户。”
和他们的接口已经持续了多年。其他人在几个月内降低由于疤痕组织。
假肢的研究和行业的未来
字段的结果也开辟新天地,Chestek说,他的专长是实时机器学习算法将神经信号转化为运动意图。
“现在我们发现神经信号足以适用于整个世界的事情我们知道大脑神经控制算法控制,”她说。
比今天更好的运动的方法生成信号的假肢手的能力。
“其他研究小组也有贡献,但我们已经超越了假肢手的功能,目前可用的。我认为这是假肢手的强烈动机进一步发展公司,”研究员Philip Vu说在生物医学工程和论文的第一作者。
临床试验正在进行。团队正在寻找参与者。
“所以很多时候,我们做的事情在一个研究实验室增加知识,但你从未有机会看到,如何影响一个人,“Cederna说。“当你可以坐着看一个人假体设备做一些在10年前是不可想象的,它是如此满足。我很高兴我们的参与者,甚至对未来所有的人更快乐,这将帮助。”
Chestek补充道,“这将是一个方面,但我们不会停止工作,直到我们可以完全恢复健全的手的动作。这是neuroprosthetics的梦想。”
本文题为“再生外围神经接口允许实时控制一个人工手上肢截肢者。”
