面向智能仿生假肢的光遗传学上行接口研究

The project addresses the technological bottleneck of human-computer interaction interface in the field of intelligent bionic prostheses, proposed to develop a new uplink interface based on the neural optogenetics. The technology has an attractive prospect and scientific value. With the advantage of targeted expression of opsin and non-contact coupling, it is possible to effectively address the deficiencies the current electric neural microelectrode array interface on bandwidth, coupling and specificity. The project will develop new micro-electrode/LED array, explore the tactile coding algorithm for the controll of intelligent bionic prostheses. The project aimed to achieve optogenetical feedback of tactile sensing and to overcome the technological barriers that forbidded the natural perception and the intuitional manipulation. The research on the intelligent electromechanics, sensor technology and neural coding will enhance the scientific capability of our nation in this field.

该项目针对目前国际上智能仿生假肢领域里所面临的人机交互接口技术瓶颈，提出发展新的基于神经光遗传学的上行接口技术。该技术具有诱人的科学价值和应用前景，借助光遗传学靶向表达和非接触耦合方面的优势，能够有效地解决目前基于微电极阵列的电学神经接口在传输带宽、耦合难度和特异性方面的不足。项目将研发微电极/光源阵列传感器，探索适合假肢操控的触觉信号神经编码算法，进而实现基于光遗传学触觉反馈的智能仿生假肢灵活操控，突破阻碍假肢自然感知和直觉操控研究的瓶颈。围绕该接口展开的智能机电技术、传感器技术和神经编码研究工作将提升我国在该领域的科研水平。

项目针对智能假肢等人机融合系统缺乏感觉信息上行通道的问题，提出发展基于神经光遗传学的神经接口上行通道技术。项目开展了光遗传学刺激传感器、上行神经通路编码和触觉反馈智能仿生假肢等方面的研究。研发了多种光遗传学刺激和神经传感器件，在猕猴和大鼠等动物模型上成功进行了植入，实现了感觉信息的光学电学编码反馈刺激和神经信号同步采集。发现了一系列感觉神经信号编码和发放规律，形成了符合神经生理机制的感觉信息反馈刺激编码方案。研制了具有电触觉反馈的智能仿生假肢，完成了残疾人实际穿戴使用和多种物品的抓握测试，实现了假肢指尖压力触觉信息的编码刺激反馈，突破了阻碍假肢感知操控性能进一步提升的技术瓶颈。