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脑控制非侵入性肌肉刺激允许慢性截瘫患者行走

alk Again项目的另一项重大临床突破是一个旨在开发新的脊髓损伤神经康复方案,技术和疗法的非营利性国际联盟,两名截瘫患者通过就业恢复了行走能力,只需极少的帮助。完全非侵入性的脑机接口,不需要使用任何侵入性脊髓外科手术。这项研究的结果发表在5月1日的“科学报告”杂志上。

两名截瘫患者(AIS C)使用他们自己的大脑活动来控制电脉冲的非侵入性输送到总共16个肌肉(每条腿8个),使他们能够产生比先前报道更多的生理步行,需要只有传统的助行器和体重支撑系统作为辅助装置。总体而言,这两位患者使用这项新技术能够生产超过4,500个步骤,该技术结合了基于16通道脑电图的非侵入性脑机接口,可控制多通道功能性电刺激系统(FES) ,适合于产生比该技术的现有技术更平滑的步态模式。

“让我们感到惊讶的是,除了允许这些患者在没有任何帮助的情况下行走之外,其中一人通过这种新方法练习显示出明显的运动改善。患者需要大约25个疗程才能掌握训练才能行走使用这个装置,“该研究的作者之一Solaiman Shokur说。

使用这种新的康复方法的两名患者之前参与了使用Walk Again Project Neurorehabilitation(WANR)方案进行的长期神经修复研究。正如同一研究小组最近发表的一篇文章(Shokur等,PLoS One,2018年11月)报道的那样,参与该方案28个月的所有7名患者的临床状况均有所改善,从完全性截瘫(AIS A或B,意味着没有运动功能低于损伤水平,根据ASIA分类)到部分截瘫(AIS C,意味着在损伤水平以下部分恢复感觉和运动功能)。这种显着的神经恢复包括感觉辨别(触觉,伤害感受,振动和压力)的主要临床改善,腹部和腿部肌肉的自主运动控制,

“Walk Again项目发表的最后两项研究清楚地表明,通过结合基于使用脑机界面控制概念的多种非侵入性技术,可以在慢性脊髓损伤患者中诱导部分神经和功能恢复不同类型的执行器,如虚拟化身,机器人助行器或肌肉刺激装置,让患者完全参与他们自己的康复程序,“Walk Again项目的科学主任,该研究的作者之一Miguel Nicolelis说。 。

在另一组最近的报告中,一名AIS C和两名AIS D患者能够行走,这要归功于脊髓电刺激的侵入性方法,这需要脊柱外科手术。相比之下,在本研究中,两名AIS C患者 - 最初是AIS A(见下文补充材料) - 以及最近取得类似结果的第三名AIS B受试者,能够在不需要的情况下重新获得显着程度的自主行走用于这种侵入性治疗。相反,这些患者仅接受递送到其腿部皮肤表面的电刺激模式,使得每个肢体中的总共八个肌肉可以以生理学上准确的顺序被电刺激。这样做是为了产生更平滑和更自然的运动模式。

“这项实施的关键在于开发一种闭环控制器,可以实时校正患者的行走模式,同时考虑肌肉疲劳和外部扰动,以产生预定义的步态轨迹。我们的另一个主要组成部分方法是使用可穿戴的触觉显示器向患者的前臂提供触觉反馈,以便为他们提供与他们的行走相关的本体感受反馈的持续来源,“Solaiman Shokur说。

为了控制每条腿中电肌肉刺激的模式,这些患者使用基于EEG的脑机接口。在这种设置中,患者学会了在他们的左右运动皮质中交替产生“步进运动想象”活动,以便产生他们的左腿和右腿的交替运动。

这组作者说,这些患者不仅表现出“对行走辅助的依赖性较小,而且还表现出部分神经功能恢复,其中一例患者的运动改善率很高”。最后AIS C患者的运动控制改善在下肢运动评分(LEMS)中为9分,与使用侵入性脊髓刺激观察到的相当。

根据过去5年获得的结果,WAP现在打算将其所有神经康复工具整合到一个集成的非侵入性平台中,以治疗脊髓损伤患者。该平台将允许患者在受伤发生后立即开始训练。它还将允许使用能够同时控制虚拟和机器人致动器(如下肢外骨骼)的多维集成脑机接口,这是一种多通道非侵入性电肌肉刺激系统(如目前使用的FES)研究)和一种新型的非侵入性脊髓刺激方法。在这个最终配置中,这个WAP平台将所有这些技术结合在一起,以便在最短的时间内最大限度地恢复神经功能和功能,

根据Nicolelis博士的说法,“治疗脊髓损伤没有银弹。越来越多的人看起来我们需要同时实施多种技术以达到最佳的神经康复效果。在这种情况下,我们必须考虑皮质可塑性的发生是我们康复方法规划的主要组成部分。“

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