被截肢者可以学会用自己的思想来控制机器人手臂

芝加哥大学神经科学家的一项新研究表明截肢者如何通过植入大脑的电极来学习控制机器人手臂。

该研究发表在Nature Communications上，详细介绍了用于控制截肢和剩余完整肢体的大脑两侧发生的变化。结果显示，两个区域都可以创建新的连接，以学习如何控制设备，甚至在截肢后几年。

“这是这项研究的新颖方面，看到慢性长期截肢者可以学会控制机器人肢体，”UChicago的生物与解剖学教授，该研究的高级作者Nicho Hatsopoulos博士说。“但同样有趣的是大脑长期暴露的可塑性，以及当他们学会控制设备时看到网络连接发生了什么。”

以前的实验已经显示了瘫痪的人类患者如何通过脑机接口移动机器人肢体。这项新研究是最先测试这些装置在截肢者身上的可行性的研究之一。

研究人员与三只恒河猴一起工作，这些猴子在年轻时受伤，并且分别在4年，9年和10年前必须截肢手臂以拯救它们。为了研究的目的，他们的肢体没有截肢。在其中两只动物中，研究人员在截肢的对侧或对侧植入电极阵列。这是用于控制截肢的一侧。在第三只动物中，将电极植入截肢的同侧或同侧。这是仍然控制完整肢体的一面。

然后训练猴子(慷慨的果汁帮助)移动机器人手臂并仅使用他们的想法抓住一个球。科学家们记录了放置电极的神经元的活动，并使用统计模型计算了实验前，训练期间以及猴子掌握活动后神经元如何相互连接。

对侧神经元之间的连接 - 控制截肢手臂的一侧 - 在训练前是稀疏的，很可能是因为它们在很长一段时间内没有被用于该功能。但随着训练的进行，这些连接在用于到达和抓握的区域变得更加强大和密集。

在同侧 - 控制猴子完整手臂的一侧 - 在实验开始时连接密集。但是随着培训的进展，研究人员看到了一些有趣的事情：在重建成一个新的密集网络之前，首先修剪连接并使网络变薄。

“这意味着当动物试图学习一项新任务时，连接正在逐渐消失，因为已经有一个网络控制着其他一些行为，”领导这项研究的博士后研究员Karthikeyan Balasubramanian博士说。“但几天后，它开始重建为一个可以控制完整肢体和神经修复体的新网络。”

现在，该团队计划通过将其与其他团体的研究结合起来，继续他们的工作，为神经假肢提供关于触觉和本体感觉的感觉反馈，这是肢体在太空中的位置感。

“这就是我们如何开始创造真正响应的神经假肢，当人们可以通过大脑机器界面移动它并获得自然感觉时，”Hatsopoulos说。