由于操作过于频繁,请点击下方按钮进行验证!

脑机接口康复训练机器人在脑卒中患者上肢功能康复中的研究进展!

国际金属加工网 2023年06月19日

科幻电影中那些让人make sense的精彩时刻是不是都让人肾上腺素飙升?伴随高科技元素穿插的整个电影,让人不禁感叹现代技术的发展之快。然而这些并不是设计师脑洞大开凭空想象,而是以真真实实的医疗科技“脑机接口”为基础衍变制作而成!

什么是脑机接口?其现如今的发展又是怎样的呢?

脑机接口系统是一种可以记录中枢神经系统活动并将其转换为可替代、恢复、增强,补充或改善中枢神经系统的自然人工输出系统。主要作用是捕捉并转换(解码)大脑信号同时生成高精度的命令,以在患者的真实环境中控制机器人手臂/腿或轮椅等外部设备。

典型的脑机接口系统主要包含三个部分:

负责收集神经活动的【传感器】

用于解码记录神经活动的【算法】

执行解码动作的【效应器】

脑机接口系统对上肢运动功能康复的机制

脑机接口系统可以通过闭环学习从而重新建立受损的感觉运动,控制循环并诱导神经可塑性,最终达到增强甚至恢复患者的运动功能并提升其生存质量的目的。中枢神经系统损伤或疾病后的康复治疗通过神经可塑性机制可以促进机体功能的康复,改善脑卒中患者的皮质激活与皮质重组,从而诱导神经可塑性。

目前,应用于脑卒中患者身上最常见的脑机接口是基于运动想象的脑机接口。运动想象是患者在大脑中持续演练肢体运动而肢体本身不产生实际运动的过程。它是没有任何外在身体动作的心理表征,并可以产生与实际运动相似的大脑皮质激活,尤其对一些参与运动执行的神经网络有显著的激活作用。

Nierhaus T等磁共振首次证明了脑机接口系统可以通过有针对性的神经反馈作用,对大脑结构的重组和功能的改善有明显的影响。通过脑机接口康复机器人的治疗,可以增加突触前和突触后的神经元连接,同时增强突触连接的强度,促使激活的神经元之间的交流可靠性增加。

脑机接口上肢康复训练机器人的治疗模式

治疗模式上,临床上尚未有统一的标准。早期临床上在使用脑机接口联合上肢康复训练机器人治疗时,较多使用每周2-3次的强度训练。在治疗效果上,脑机接口康复机器人训练不仅有利于肢体功能的恢复,而且有利于大脑神经网络的重塑。

脑机接口系统结合肩肘机器人反馈对于慢性脑卒中患者的运动恢复有较为明显的效果,同时可以有效地改善患者的肩关节松弛。脑机接口康复机器人可以采用连续被动运动来帮助脑卒中患者的手腕恢复伸展功能,并且通过生物反馈,对肌肉的痉挛和收缩能力的改善有更为直接的影响。

通过对比训练前后患者脑部连接的功能磁共振成像,发现训练后主运动区的神经元聚集性有明显增加,这有利于提高神经网络的传输效率,同时其临床症状的改善也存在明显的相关性。静息态功能磁共振成像发现通过脑机接口上肢康复训练机器人训练后,患者的功能连接明显增强 ,受损区域与正常区域的不对称性明显减轻。对训练后的患者进行临床脑功能恢复的评估发现其注意力等神经心理方面有明显的增强。

脑机接口上肢康复训练机器人的联合治疗

近年来,脑机接口康复机器人联合功能性电刺激(FES)的疗法也得到了较多的关注。在患者进行脑机接口与上肢康复训练机器人进行治疗时联合功能性电刺激,可以加强运动想象对神经可塑性的诱导,从而促进神经功能的恢复,对于轻、中和重度患者的上肢功能都有长期的改善作用。

脑卒中患者在通过脑机接口上肢康复训练机器人联合功能性电刺激治疗后运动功能评定量表显示患者的肢体功能明显改善,对慢性偏瘫的脑卒中患者的上肢功能与行走能力的治疗都具有潜在优势。在安全性方面,脑机接口上肢康复训练机器人的安全性较高,不良事件如头痛、头皮发痒及刺痛等发生率较低,且大多可自行缓解。脑机接口上肢康复训练机器人在脑卒中患 者中具有很好的可行性和安全性。

脑机接口上肢康复训练机器人的局限与改进方向

目前对于脑机接口上肢康复训练机器人的研究较多,对其局限与改进的方面主要集中在脑机接口系统的信号提取与解码、用户友好性以及其经济便携上。在患者大脑皮质的信号提取与解码方面,目前最常用是基于脑电图的脑机接口系统,其准确性还有较大的提升空间。

在用户友好性方面,目前用于信号提取的神经电生理技术普遍的一个缺点就是需要使用到导电膏等湿性介质来直接接触皮肤,以此来加强设备与患者神经的连接。

目前大部分脑机接口上肢康复训练机器人体积较大,使用费用较为昂贵。若未来脑机接口上肢康复训练机器人可以成为一种经济实惠并向家庭转换的康复方式,必然可以使更多的脑卒中患者受益。

「总结 」

当前临床上对于脑卒中患者的肢体运动功能的康复效果较为明确。相比常规康复方式,脑机接口上肢康复训练机器人对于急性或亚急性脑卒中患者的功能康复有着显著的优势,脑机接口上肢康复训练机器人可以诱导患者的神经可塑性使其自上而下的康复肢体功能。

但脑机接口上肢康复训练机器人的性能及其临床应用还需要进一步研究和完善。总之,脑机接口上肢康复训练机器人具有无创性、有效性、安全性等优势。完善治疗方案、患者选择的标准以及建立研究和临床应用体系是未来的重要研究方向。

文献引用:

李翔,陈健尔,张辉煌,吴嘉宁,郑艳军,龚怡辰,舒馨馨,张越,梁子林.脑机接口康复训练机器人在脑卒中患者上肢功能康复中的研究进展[J].中国康复医学杂志,2023,38(2):263-268

(埃斯顿医疗)

声明:本网站所收集的部分公开资料来源于互联网,转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传,对此类作品本站仅提供交流平台,不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请第一时间告知,我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容,以保证您的权益!联系电话:010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。

网友评论 匿名:

分享到

相关主题