脊髓损伤的人可以走路和跑步吗

由Tae-Woo Lee教授(韩国首尔国立大学材料科学与工程系)和Zhenan Bao教授(美国斯坦福大学化学工程系)领导的国际研究团队成功恢复肌肉运动在通过有机人工神经瘫痪的小鼠模型中。结果发表在《自然生物医学工程》上。

神经是生命活动所必需的，对生活质量有重大影响，容易受到身体损伤、遗传原因、继发性并发症和衰老等各种原因的损害。此外，一旦神经受损，它们就难以重建，并且由于生物信号传导不良，它们的部分或全部身体功能将永久丧失。

在神经损伤患者的各种康复方法中，目前在临床实践中积极使用的功能性电刺激 (FES) 使用计算机控制的信号。通过这种设置，对神经病变患者不再可任意控制的肌肉施加电刺激以诱导肌肉收缩，即使它们被限制在特定的空间中，也会导致生物体内的功能有用的运动。然而，这种传统方法存在局限性，不适合在患者日常生活中长期使用，因为它们涉及复杂的数字电路和计算机进行信号处理以刺激肌肉，在此过程中消耗大量能量且生物相容性差。

为了解决这个问题，研究小组成功地仅使用人工神经控制小鼠的腿部运动，而无需使用复杂而笨重的外部计算机，使用可拉伸、低功率的有机纳米线神经形态装置，模拟生物神经纤维的结构和功能。可拉伸的人造神经由一个模拟本体感受器的应变传感器、一个模拟生物突触的有机人工突触和一个用于将信号传输到腿部肌肉的水凝胶电极组成。

研究人员以类似于生物神经的原理，根据传递到人工突触的动作电位的发射频率，调整小鼠腿的运动和肌肉的收缩力，使人工突触实现更顺畅、更自然腿部动作比通常的 FES。

此外，人工本体感受器检测鼠标的腿部运动，并实时反馈给人工突触，防止腿部运动过度导致肌肉损伤。

研究人员成功地让一只瘫痪的老鼠踢球或在跑步机上行走和奔跑。此外，研究小组通过从运动动物的运动皮层采集预先记录的信号并通过人工突触移动小鼠的腿，展示了人造神经在未来对自主运动的适用性。

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