瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)團(tuán)隊(duì)于近期開(kāi)發(fā)了大鼠神經(jīng)機(jī)器人平臺(tái)。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在《SCIENCE ROBOTICS》，題目為“Preclinical upper limb neurorobotic platform to assess, rehabilitate, and develop therapies”。
神經(jīng)康復(fù)

許多神經(jīng)康復(fù)、神經(jīng)修復(fù)和修復(fù)干預(yù)旨在解決神經(jīng)障礙后上肢損傷的后果。盡管這些療法針對(duì)的機(jī)制各不相同，但它們都需要一個(gè)臨床前平臺(tái)來(lái)支持治療的開(kāi)發(fā)、評(píng)估和理解。

在本研究中，研究人員展示了一個(gè)滿足這些要求的大鼠神經(jīng)機(jī)器人平臺(tái)。一個(gè)四自由度的末端執(zhí)行器與大鼠的手腕連接在一起，能夠在無(wú)人協(xié)助的情況下完全輔助地執(zhí)行覆蓋整個(gè)身體工作區(qū)的自然伸展和收回運(yùn)動(dòng)。

多模態(tài)記錄功能可以對(duì)脊髓損傷(SCI)后上肢運(yùn)動(dòng)恢復(fù)進(jìn)行精確量化，用于揭示皮質(zhì)脊髓束神經(jīng)元?jiǎng)恿�學(xué)在這種恢復(fù)中的適應(yīng)性。個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)輔助支持早期神經(jīng)康復(fù)，改善了脊髓損傷后的恢復(fù)。

該平臺(tái)為開(kāi)發(fā)可植入脊髓神經(jīng)假體提供了一個(gè)良好控制和實(shí)用的環(huán)境，以改善脊髓損傷后的上肢功能。

上肢神經(jīng)機(jī)器人平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含一個(gè)與大鼠的前肢手腕連接的末端執(zhí)行器，可以使大鼠在無(wú)輔助或完全輔助的情況下執(zhí)行抓取和收回食物運(yùn)動(dòng)。

相比于傳統(tǒng)的單一自由度末端執(zhí)行器，本研究采用四自由度末端執(zhí)行器，并在機(jī)械結(jié)構(gòu)上安裝精密編碼器和六維傳感器。這使得大鼠上肢活動(dòng)更自然，采集到的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)信號(hào)更完整。
Inscopix自由活動(dòng)鈣成像顯微鏡

科學(xué)家可以通過(guò)調(diào)整平臺(tái)使大鼠以站立或趴著的姿態(tài)完成上肢抓取任務(wù)，并且通過(guò)Inscopix自由活動(dòng)鈣成像顯微鏡監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)中樞的活動(dòng)。

這種多模式記錄功能允許精確量化脊髓損傷(SCI)后上肢運(yùn)動(dòng)的恢復(fù)，進(jìn)而揭示這種恢復(fù)背后的皮質(zhì)脊髓束神經(jīng)元?jiǎng)恿�學(xué)的適應(yīng)性。
展望

研究發(fā)現(xiàn)，早期的個(gè)性化運(yùn)動(dòng)輔助對(duì)SCI后的恢復(fù)更有益。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種可改善脊髓損傷后上肢功能的植入式脊髓神經(jīng)假體，并在該平臺(tái)提供的可控環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

該研究為上肢運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練、神經(jīng)假體和神經(jīng)修復(fù)等研究提供了一個(gè)更加實(shí)用的平臺(tái)。
參考文獻(xiàn)

Maria Pasquini, Grégoire Courtine, et al. Preclinical upper limb neurorobotic platform to assess, rehabilitate, and develop therapies. SCIENCE ROBOTICS. 2022.  https://doi.org/10.1126/scirobotics.abk2378

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