瘫痪患者福音:加州理工首次利用微电极刺激大脑产生自然感觉

作者: 谢汝雨

来源: 环球科学

发布日期: 2018-05-05

加州理工学院的科学家们首次通过微电极刺激瘫痪患者的大脑,成功产生自然感觉,为瘫痪患者带来新的希望。

功能性核磁共振成像(fMRI)被用来加亮选择躯体感觉皮质的植入位点。被植入该区域的电极能够刺激神经元,使瘫痪的人产生手臂被挤压或轻拍的身体感觉。通过一组微小的电极刺激脑部的某一区域,加州理工学院的科学家们首次在瘫痪患者的手臂上引起了自然感觉。瘫痪患者由于脊髓高度损伤,无法移动肢体,也无任何直觉。这项研究在将来有可能让瘫痪病人通过植入假肢的感受器,感受到身体的反馈。

这项研究在理查德•安徒生(Richard Andersen)实验室完成。他是James G. Boswell神经学教授、T&C Chen 脑机接口研究中心主席兼负责人。一份描述该研究的论文发表于4月10日出版的《eLife》上。

躯体感觉皮质(somatosensory cortex)是大脑中管理身体感觉的带状部分,身体感觉包括本体感觉(运动的感觉或身体的空间位置)和皮肤感觉(诸如像压力、振动、触觉等)。在这项新研究之前,神经植入器主要把类似的脑区域作为目标,产生诸如手部刺痛或发麻的感觉。安徒生实验室的植入器能够通过皮质内刺激产生更多自然感觉,与患者受伤前所体验到的感觉类似。患者三年前脊髓受损,从肩部以下开始瘫痪。

两组微小的电极通过手术被植入到了他的躯体感觉皮质中。通过电极,研究者们用很小的脉冲电流刺激这一区域的神经元。参与者们反映,感受到了诸如挤压、轻拍、向上运动等不同的自然感觉。此外,随着电脉冲的频率、振幅和刺激位置的变化,所产生感觉的类型、强度和位置也有所不同。这是人们首次通过皮质内神经刺激成功产生出自然感觉。尽管不同类型的刺激确实能带来不同的感觉,但神经编码与身体感知之间的具体对应关系还不清楚。

在未来的研究中,研究者们希望通过确定电极植入的准确方式,使脑中躯体感觉皮质区域受到刺激产生出特定的感觉,编写出电极刺激与身体感觉之间关系的对应词典。根据安徒生所说,接下来的主要工作是通过目前的神经修复学完善这项科技。在2015年,安徒生实验室发明了脑机接口(BMIs),它可将假臂与植入脑部控制意向区域的电极连接起来。如此,瘫痪病人可以使假体机械手臂伸出,抓住杯子,并将杯子拿到嘴边喝水。

将假肢与躯体感觉皮质相连能产生双向脑机接口,能使瘫痪病人通过假肢再次获得感觉。

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