SCIENCE ROBOTICS: Inscopix助力上肢神經(jīng)機器人平臺開發(fā)

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院研發(fā)團隊于近期開發(fā)了大鼠神經(jīng)機器人平臺。該項研究成果發(fā)表在《SCIENCE ROBOTICS》，題目為“Preclinical upper limb neurorobotic platform to assess, rehabilitate, and develop therapies”。
神經(jīng)康復

許多神經(jīng)康復、神經(jīng)修復和修復干預旨在解決神經(jīng)障礙后上肢損傷的后果。盡管這些療法針對的機制各不相同，但它們都需要一個臨床前平臺來支持治療的開發(fā)、評估和理解。

在本研究中，研究人員展示了一個滿足這些要求的大鼠神經(jīng)機器人平臺。一個四自由度的末端執(zhí)行器與大鼠的手腕連接在一起，能夠在無人協(xié)助的情況下完全輔助地執(zhí)行覆蓋整個身體工作區(qū)的自然伸展和收回運動。

多模態(tài)記錄功能可以對脊髓損傷(SCI)后上肢運動恢復進行精確量化，用于揭示皮質(zhì)脊髓束神經(jīng)元動力學在這種恢復中的適應性。個性化的運動輔助支持早期神經(jīng)康復，改善了脊髓損傷后的恢復。

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

上肢神經(jīng)機器人平臺

實驗平臺包含一個與大鼠的前肢手腕連接的末端執(zhí)行器，可以使大鼠在無輔助或完全輔助的情況下執(zhí)行抓取和收回食物運動。

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更自然，采集到的運動學和動力學信號更完整。
Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡

科學家可以通過調(diào)整平臺使大鼠以站立或趴著的姿態(tài)完成上肢抓取任務，并且通過Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡監(jiān)測運動中樞的活動。

這種多模式記錄功能允許精確量化脊髓損傷(SCI)后上肢運動的恢復，進而揭示這種恢復背后的皮質(zhì)脊髓束神經(jīng)元動力學的適應性。
展望

研究發(fā)現(xiàn)，早期的個性化運動輔助對SCI后的恢復更有益。同時，該團隊還開發(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，并在該平臺提供的可控環(huán)境中進行了實驗。

該研究為上肢運動的神經(jīng)康復訓練、神經(jīng)假體和神經(jīng)修復等研究提供了一個更加實用的平臺。
參考文獻

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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