神经假体能够帮助大脑恢复受损组织

神经假体能够帮助大脑恢复受损组织 神经接口系统(Neural interface systems)，对大脑修复策略变的越来越可行。来自美国凯斯西储大学和堪萨斯大学医学中心的科学家们，在大脑受伤的大鼠模型中，利用一个神经假体恢复了它的行为举止——在这个例子中，指其通过一个狭小通道伸出前肢抓握食物的能力。 该研究团队希望最终发展一种装置，能够快速和大幅提高人类受损后大脑的功能。有150万美国人缺少这样的商业治疗，包括在阿富汗和伊拉克的士兵，他们遭受了创伤性大脑损伤(TBI)，而且，在美国，每年有将近80万经受无力和瘫痪的中风患者。 假体，称为脑机接口(brain-machine-brain interface, BMI)，是一个闭环的微电子系统。它记录来自大脑一部分的信号，并实时地处理这些信号，然后通过刺激已经失去连通性的大脑的第二个部分，将受损部位弥合起来。 这项研究发在最近的PNAS杂志上。凯斯西储大学电子工程和计算机科学教授Pedram Mohseni，构建了大脑假体，他说:“如果你使用这个装置，把来自大脑一部分的活动结合到大脑的另一部分，是否有可能引起TBI的恢复,这是本研究的核心之处。” 他说:“是的，我们最终发现，可以使用一个闭环的神经假体，促进受损大脑的修复。” 研究人员在堪萨斯大学分子和综合生理学教授Randolph J. Nudo实验室中的大脑损伤模型大鼠中，测试了这个假体。Nudo绘制了大鼠的大脑图，构建了一个模型，在这个模型中，控制大鼠前肢的大脑前部和后部部分被切断。 脑机接口在每个动物的头顶，是位于一个比25美分硬币更小的电路板上的一个微芯片，与植入两个大脑区域的微电极连接。 该装置能够放大信号，这被称为神经动作电位，由大脑前部的神经元产生。一种运算法则，能够从噪音和其它人工产品中分离这些信号，将其记录为大脑峰电活动。利用检测的每个峰电，微芯片能够发出电流脉冲，刺激大脑前部的神经元，人为地连接两个大脑区域。 假体植入并连续运行两周后，利用全闭环系统的大鼠模型已经恢复了几乎所有因为损伤而丢失的大脑功能，接近未受伤正常大鼠所用时间的70%，它们成功地取回食物颗粒。受到该装置随机刺激的大鼠模型，取回了不到一半的食物颗粒，而那些没有接受刺激的大鼠，只取回了大约四分之一。 Mohseni说:“仍有一个需要回答的问题是，假体必须被终生保留在原处吗,还是可以在2到6个月之后被撤掉，新的连接是否和何时将在大脑中形成,” 大脑研究已经表明，在生长期间，相互之间有规律交流的神经元，会发展和巩固它们之间的连接。Mohseni和Nudo称，他们需要更多的系统性研究，确定在大脑中发生了什么从而引起了功能恢复。他们也想确定，在大脑受损伤后，是否存在一个最佳的时间窗口，在这个时 间内，他们必须植入装置以恢复大脑功能。 Restoration of function after brain damage using a neural prosthesis Abstract:Neural interface systems are becoming increasingly more feasible for brain repair strategies. This paper tests the hypothesis that recovery after brain injury can be facilitated by a neural prosthesis serving as a communication link between distant locations in the cerebral cortex www.cellservice.cn . The primary motor area in the cerebral cortex was injured in a rat model of focal brain injury, disrupting communication between motor and somatosensory areas and resulting in impaired reaching and grasping abilities. After implantation of microelectrodes in cerebral cortex, a neural prosthesis discriminated action potentials (spikes) in premotor cortex that triggered electrical stimulation in somatosensory cortex continuously over subsequent weeks. Within 1 wk, while receiving spike-triggered stimulation, rats showed substantially improved reaching and grasping functions that were indistinguishable from prelesion levels by 2 wk. Post hoc analysis of the spikes evoked by the stimulation provides compelling evidence that the neural prosthesis enhanced functional connectivity between the two target areas. This proof-of-concept study demonstrates that neural interface systems can be used effectively to bridge damaged neural pathways functionally and promote recovery after brain injury.