周围神经功能重建机理与神经信息解码研究

针对肢体截肢后可用于肌电假肢控制的残留肌肉有限或完全丧失，不能为多功能假肢自主神经控制提供足够肌电信息的问题，本项目利用神经功能重建方法，研究因截肢所丧失的肢体神经功能重建与神经信息解码。以动物和上肢截肢者为研究对象，采用目标肌肉神经分布重建（Targeted Muscle Reinnervation, TMR）技术与本项目提出的目标神经功能替代(Targeted Nerve Function Replacement, TNFR)技术，建立上肢神经功能重建动物与截肢者模型。利用神经功能重建模型，探索上肢神经功能再生机理、神经信息解码机制、丧失肢体感知功能重建机制等科学问题；利用重建的上肢运动神经信息，结合运动功能识别算法，研究多功能假肢自主神经控制的实现方法；比较TMR与TNFR实现神经功能重建的性能，探索实施神经功能重建的最佳方案。本项目的研究成果不仅填补我国在周围神经功能重建领域的空白

本项目针对截肢后可用于多功能假肢控制的肌电信息源有限或完全丧失，不能实现多功能假肢仿生控制的问题，重点开展上臂周围神经功能重建机理与神经信息解码研究，探索多功能假肢神经控制的新方法，为我国研发新型的神经假肢系统提供理论和技术支持。.项目围绕申请书提出的研究内容展开，首先建立目标肌肉神经功能重建术（TMR）与目标神经替代术（TNFR）动物模型，探明神经于目标肌肉中的生长机制以及神经端端吻合术后神经生长机制，为TMR/TNFR实验应用于人体提供了理论技术支持。随后征募受试者，实施人体TMR/TNFR手术。根据截肢部位的不同，分别进行前臂截肢、上臂截肢以及全臂截肢情况下的神经信息解码研究，通过电极位置、信息特征的选取及分类策略优化，提高动作识别精度。分别为前臂截肢者及神经重建上臂截肢被试者搭建多功能神经假肢控制系统，实现运动意图的精确识别与假肢控制。同时，研究了机械刺激、表面电刺激和视觉反馈等无创的感觉信息反馈方法，探索感觉功能重建机理及应用。.项目重点研究了以下科学问题，发现了1.目标肌肉神经功能重建/替代机制：根据被试者的截肢情况，在目标肌肉原支配神经与待移植神经能较好吻合情况下，优先选用目标神经功能替代术，如果不能满足前述条件，则采用目标肌肉神经功能重建术。目标神经/肌肉的选取，均需考虑表面肌电的记录；2.重建的运动信息解码与多功能假肢自主神经操控：研究高性能的神经信息解码算法，建立了肌电信号与运动功能之间的精确对应关系，对前臂截肢者及神经重建上臂截肢被试者，均实现了仿生假肢的高精度直觉控制；3.感觉功能重建机理及在神经假肢中的应用策略：实现假肢触觉信息的精确检测与视觉反馈，并研究了截肢者幻影手指的分布规律及感知信息的传入规律。 .项目的研究结果具有重大意义，是国内乃至亚洲首次实施人体TMR/TNFR手术，填补了我国在该研究领域的理论与技术空白，带动了相关神经科学与工程等多个学科的发展，为实施多功能假肢自主神经控制系统的研发提供理论和技术支持。