一个人类脊髓损伤能走和运行?与神经形态技术发现线索

Tae-Woo李教授领导的一个国际研究小组(材料科学与工程系,首尔国立大学、韩国)和教授鲍哲南(化学工程系、斯坦福大学、美国)已经成功地恢复肌肉运动模型,通过有机人工神经瘫痪的老鼠。结果发表在自然生物医学工程。

对生命至关重要的神经活动以及对生活质量产生重大影响,很容易受到各种原因如物理损伤、遗传原因,二级并发症和老化。此外,一旦神经受损他们很难重现,和一些或所有他们的身体机能永久失去了由于生物信号差。

在康复患者的各种方法神经损伤功能性电刺激(FES),这是目前在临床实践中积极使用,使用计算机控制信号。在此设置中,电刺激应用于肌肉不再任意可控神经病变患者诱导肌肉收缩生物体内,导致功能上有用的运动即使他们关在一个特定的空间。然而,这种传统的方法有一定的局限性,不适合长期使用在病人的日常生活,因为他们涉及复杂的数字电路和计算机信号处理来刺激肌肉,消耗大量的能源和生物相容性差。

为了解决这个问题,该研究小组成功地控制老鼠的腿运动只有人工神经没有复杂和笨重的外部计算机使用可伸缩的,低功耗有机纳米线neurormorphic设备模拟生物神经纤维的结构和功能。可伸缩的人工神经由应变传感器,模拟一个检测的本体感受器肌肉运动,一个有机的人工模拟生物神经突触的突触,和水凝胶电极传输信号到腿部肌肉。

研究人员调整老鼠的腿的运动和肌肉的收缩力量根据发射频率的动作电位传递到人工突触的原理类似于生物神经,和人工突触实现平滑,比通常的菲斯更自然的腿部运动。

此外,人工本体感受器检测老鼠的腿运动,给人工突触防止实时反馈肌肉损伤由于过度的腿运动。

研究人员成功地让一个瘫痪的老鼠把球踢或在跑步机上走和跑。此外,该研究小组显示,未来人工神经的适用性的随意运动的抽样录音信号运动皮质的动物和老鼠的腿移动通过人工突触。

研究人员发现了一种新的应用领域的可行性神经形态技术,这是吸引新一代计算设备通过模仿生物神经网络的行为。

Tae-Woo李教授表示:“神经损伤仍被视为一个大科学挑战从过去到现在,尽管非常先进的医学,并没有新的突破,它将在未来仍是一个难的问题。在克服这个研究提供了一个新的突破神经损伤使用神经形态技术,以工程的方式不是生物医学的方式,”表达的意义的研究。他还补充说,“一个工程的方法来克服神经损伤将打开一个新路径提高生活质量对于那些患相关疾病和障碍。”

教授鲍哲南指出该研究的潜力,他说“通过发展可伸缩的人工神经nerve-damaged患者,为便于患者使用提供了基础,更多的实际可用的可穿戴神经假肢,远离现有的形式。”