非侵入式神经机械接口利用残余运动神经元活动实现脊髓损伤患者直觉性功能性抓握

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Spared Motor Neurons Enable Control of a Robotic Sixth Finger for Functional Grasping in Tetraplegia

　　摘要：恢复手部功能是脊髓损伤（SCI）康复的首要任务，然而现有的辅助技术在可用性方面仍受到限制，且缺乏直观的控制方式。我们开发了一种非侵入式神经机械接口，能够将四肢瘫痪患者中存留的运动神经元活动转化为多余的机器人第六指的运动。三名慢性、运动功能完全丧失的颈椎脊髓损伤患者（C5-C6水平，损伤超过8年），无法自主活动手指，参与了本研究。研究人员从瘫痪的前臂肌肉中采集了高密度表面肌电图（HDsEMG）信号，受试者在尝试张开和闭合手部时进行了信号记录。这些信号在实时条件下被分解为单个运动单位的活动，随后用于按比例控制机器人手指。通过一系列涉及日常生活动物的功能性抓握任务，评估了参与者使用机器人手指的能力。经过仅几分钟的训练，所有参与者均能直观地调节其存留运动单位的活动，并实现对手部机器人手指的比例控制。成功完成的任务包括需要指尖用力的任务，例如拧下喷雾罐盖子。此外，参与者还能够仅凭一只手配合机器人手指完成某些通常需要双手配合才能完成的任务。这些发现表明，利用存留运动神经元的非侵入式神经接口能够使脊髓损伤患者实现直观的功能性抓握，而无需采用新的运动策略。