一名瘫痪的男子在植入电子设备后,仅凭思想的力量就能移动双腿,现在他又能走路了。
40岁的格特-扬·奥斯卡姆来自荷兰莱顿,12年前他遭遇了一场摩托车事故。
在过去的六年里,他一直在与瑞士的科学家合作,利用尖端技术恢复他的行动能力。
奥斯卡姆在他的大脑中植入了传感器,将他的想法转化为电信号,这些电信号被无线发送到植入他受伤部位下方脊椎的“数字桥”。
数字桥包含16个电极阵列,当他想要移动时,这些电极会实时刺激他腿部的神经。
当这个系统打开时,奥斯卡姆可以自然地站立、行走,甚至爬楼梯——但科学家们惊讶地发现,即使关闭这个系统,他仍然可以行走。
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专家认为,这种刺激打开了大脑和脊柱之间的残留通路,该通路自事故发生以来一直处于休眠状态,从而引发了新的神经连接的生长。
瑞士洛桑理工学院的神经科学教授格雷瓜尔·库尔蒂纳说:“要行走,大脑必须向负责控制运动的脊髓区域发出指令。
“当脊髓损伤时,这种交流被中断。我们的想法是用一个数字桥梁来重建这种交流,就像大脑和脊髓区域之间的电子交流一样,仍然完好无损。
“对我们来说,真正了不起的是,通过关闭大脑和脊髓之间的这个回路,我们进一步促进了新神经纤维的生长,这种神经系统的恢复是非常了不起的。”
“我们在受伤10多年后实现了这一目标,所以想象一下,如果我们在脊髓损伤几周后应用数字桥。复苏的潜力是巨大的。”
以前的方法是使用电刺激来恢复脊髓损伤患者的运动能力,但需要患者在想要迈步时按下按钮,向前倾斜以发出想要移动的信号,或者佩戴笨重的运动传感器。
为了接受新的治疗,奥斯卡姆接受了两次手术,一次是在大脑中植入植入物,另一次是在脊髓中植入植入物。
然后,该团队使用人工智能来解码臀部和膝盖弯曲以及踝关节倾斜等运动的大脑信号,然后将它们映射到刺激神经进行相同运动所需的正确电极上。
法国替代能源和原子能委员会的纪尧姆·沙韦表示:“得益于基于自适应人工智能方法的算法,运动意图可以从大脑记录中实时解码。”
然后,这些意图被转化为对脊髓的一系列电刺激,进而激活腿部肌肉来实现预期的运动。
“这个数字桥是无线操作的,允许病人独立活动。”
在打开设备的几分钟内,奥斯卡姆就能控制自己的臀部了。在一天的训练中,他能够迈出他的第一步。
当系统打开时,他现在可以在助行器的帮助下一次行走大约650英尺。当它关闭时,他也可以只用拐杖走路。
奥斯卡先生说:“上周房子里需要刷一些东西,没有人帮我,所以我带着助行器自己刷。为了能和朋友站起来喝杯啤酒,我已经等了十年了。
“这对我来说是一个学习的过程,因为我已经将近12年没有做过了。我觉得自己像个学步的孩子在重新学习走路。
“这种感觉接近于正常的感觉。不用刺激,我现在也能走路了,我想这说明了很多。我已经恢复了足够的力量和活动能力,可以拄着拐杖走路了。”
奥斯卡姆先生使用脑-脊柱接口已经一年了,没有任何问题,也不需要监督。他甚至可以用这个设备在复杂的地形上导航。
该团队目前正在研究是否可以使用相同的过程来恢复中风患者的上肢功能。
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他们希望制造出这种设备的小型化版本,使其在日常生活中更加便携,预计将在未来12个月内开始对这项新技术进行试验。
目前,奥斯卡必须背着一个背包,里面装着翻译他思想的电脑。
科学家们表示,他们希望在未来几年内使这项技术得到广泛应用。
这项研究发表在《自然》杂志上。