开发和评估一种非侵入性脑脊界面,使用穿皮脊髓刺激
Carolyn Atkinson1,2, Lorenzo Lombardi1,2, Meredith Lang1,2
1Biomedical Engineering, Washington University in St. Louis, St. Louis, USA.
Journal of neuroengineering and rehabilitation
|April 25, 2025
概括
这项研究开发了一种非侵入性脑脊界面,使用EEG和脊髓刺激来帮助运动康复. 该系统有望改善脊髓损伤患者的功能恢复,即使是那些严重受伤的人.
科学领域:
- 神经科学是一个神经科学.
- 生物医学工程 生物医学工程
- 康复科学 康复科学 康复科学
背景情况:
- 运动康复旨在恢复脊髓损伤 (SCI) 后的功能,但其有效性在严重感觉运动缺陷的个体中是有限的.
- 脊髓刺激 (SCS) 提供了一种潜在的方法,通过创造临时假肢效应来增强康复.
- 开发非侵入性接口对于将SCS的好处扩展到更广泛的SCI人群至关重要.
研究的目的:
- 为了确定基于电脑图 (EEG) 的下肢运动在感觉运动皮质中的神经相关物.
- 开发和评估一个线性差异分析 (LDA) 解码器,用这些神经信号来检测运动开始.
- 评估非侵入性脑脊界面 (BSI) 的性能,结合EEG和穿皮脊髓刺激 (tSCS) 进行运动康复.
主要方法:
- 利用EEG记录下下肢体运动任务中未受损人 (N=17) 的神经活动.
- 开发了一个LDA解码器,以基于特定EEG频段 (μ,低β,高β) 的事件相关脱同步来识别运动开始.
- 集成了EEG解码器与实时SCS传输以调节基于检测到的神经活动的刺激.
主要成果:
- 开始膝盖延伸与中中皮层区域 (4-44 Hz) 的事件相关脱同步有关.
- 离线LDA解码器实现了0.83±0.06的曲线下的平均面积 (AUC) 线索运动.
- 实时BSI与STSC显示AUC为0.81±0.05的调节运动和0.68±0.12的非调节运动.
结论:
- 开发的非侵入性BSI有效地检测下肢运动的神经相关物,显示出运动康复的潜力.
- 该系统的性能表明,STSC可以精确地与自愿努力进行定时,从而有可能提高康复结果.
- 需要进一步的研究来了解有线和无线运动之间的性能差异,并为各种SCI条件优化BSI.
