外骨骼可以让四肢瘫痪的病人移动

Clinatec的脑机接口(BCI)项目下的临床研究结果发表在《柳叶刀神经学》杂志上，为控制四肢外骨骼提供了概念证明。该系统通过长期植入半侵入式医疗设备来驱动，该设备记录了格勒诺布尔CEA开发的大脑活动。从长远来看，这项技术有望为严重运动障碍患者提供更大的灵活性。

四肢瘫痪是由于脊髓损伤导致神经系统无法控制四肢。为了限制这种严重残疾患者的依赖和方便他们的活动，格勒诺布尔CEA实验室的医生、医生和研究人员已经开发了一种设备来控制记录和解码大脑信号的四肢外骨骼。

该设备的主要创新之处在于它能够提供大脑电活动的长期高分辨率记录。与移动意图相关的活动被实时无线传输到计算机进行解码，以便控制外骨骼四肢的运动。

Alim-Louis Benabid，神经外科医生，Université Grenoble Alpes的名誉教授，《柳叶刀神经学》杂志的主要作者，Clinatec的董事会主席，与一个团队一起设计了一种可植入设备(WIMAGINE®)，当一个人想象运动时，该设备收集大脑感觉运动皮层发出的信号。四肢瘫痪患者可以通过精神控制外骨骼来移动:外部控制是不必要的。Benabid教授说:“这个装置是帮助残疾人自给自足的重要一步。我们对这一概念的证明感到非常自豪，并已经在考虑新的应用，使严重运动障碍的人的日常生活更容易。”

从技术到临床试验

经过监管部门的授权，Clinatec正在对一名脊髓损伤的28岁四肢瘫痪患者进行临床试验，以测试该设备。2017年6月，在患者硬脑膜上方的大脑上部感觉运动区左右两侧植入了两个WIMAGINE®装置。在Clinatec的手术是由Stephan Chabardes教授完成的，他是该出版物的合著者，CHU Grenoble Alpes的神经外科医生，也是Clinatec的医学主任。Chabardes博士解释说:“通过为病人提供医疗护理，为这个项目的成功做出了贡献，这是一次不可思议的经历。”

自手术以来，患者已经花了27个月的时间来练习控制外骨骼。他每周在家与外骨骼化身在虚拟环境中练习三次，每个月在Clinatec与外骨骼直接工作一周。当安装了悬挂的外骨骼，他能够采取几个连续的步骤，并在三维控制他的两个上肢。他还可以在坐着或站着的时候旋转手腕。

该患者将继续参与Clinatec的这项研究方案，并将积极参与未来的发展。这种神经义肢的概念证明提供了这种程度的自由，这将为患者在日常生活中在家里使用的新应用打开大门。Clinatec团队正致力于整合新的效应器，如轮椅，并开发更健壮和更精确的算法来执行更复杂的动作，希望以后能够实现诸如拿物体之类的任务。未来几年，其他三名四肢瘫痪患者也将被纳入这项临床试验。

记录大脑信号来重现运动

记录感觉运动皮层的电活动需要开发一种创新的植入式医疗设备:WIMAGINE®。该装置设计用于半侵入性植入头盖骨，以便使用与硬脑膜接触的64个电极阵列记录长期的皮质电图(ECoG)。

电子板包含皮质图采集和数字化系统，由CEA-Leti的微电子专家设计，以及远程电源和通过安全无线电连接到外部基站的无线数据传输系统。植入物包装的设计是为了确保长期的生物相容性和安全性。这些植入物经过了严格的测试，以验证它们符合欧盟主动植入医疗设备指令要求的标准。

随后，记录下来的皮质电图被实时解码，以预测患者想象的有意动作，然后，例如，控制外骨骼的相应肢体。解码皮质电信号需要开发高度复杂的基于人工智能方法(机器学习)的算法，以及能够实时控制外骨骼运动的软件。WIMAGINE®设备还包括来自CEA-List的研究工程师，该机构专门从事智能数字系统。他们在可逆驱动和控制命令的基础上开发了四肢外骨骼。这个设计特别考虑了四肢瘫痪者与外骨骼的相互作用，以便能够安全地调动它。

长期目标是识别出脑机接口可以用于为各种运动障碍创建补偿系统的领域，并让患者在日常生活中更加独立，例如，通过驾驶轮椅或控制关节臂。