神经科学的神经假体_风闻

哲学家斯蒂格勒认为，人类本质上是假肢生物，因为我们倾向于创造工具，例如眼镜和智能手机1. 同样，患者通常渴望使用假肢装置恢复失去的身体部位的生理功能。神经假体装置可以替代因神经系统疾病而受损的运动、感觉或认知功能。迄今为止开发的最成功的神经假体装置是用于听力障碍患者的人工耳蜗和用于截肢者的假体装置。这两类设备都位于神经系统感觉运动处理的边缘，因此使用这些设备的更换相对简单，尽管某些消费产品的功能受到了一定的限制。

系统神经科学是神经科学的一个分支学科，它在系统层面研究大脑功能。神经系统由大量的神经元细胞组成。因此，它的复杂性是深入了解神经系统和创建高功能神经假体设备的障碍。然而，通过关注神经回路，系统神经科学提供了许多最新的见解，这些见解加深了我们对大脑的理解。系统神经科学的这种进步与创新技术的发展相结合，可能使更多和多样化的神经系统疾病患者的大脑得到恢复。该合集为神经假体的跨学科研究提供了一个平台（图1）。它由三个子类别组成：

(1)感觉运动神经假体的医学应用。

(2)系统神经科学和神经假肢。

(3)神经假肢的下一代技术。

图1显示系统神经科学和医学收藏中神经假体组件的示意图。

全尺寸图片第一个子类别，感觉运动神经假体的医学应用，涉及患者临床研究的积累，以研究未来的神经假体。如上所述，迄今为止开发的最成功的神经假体装置是用于听力障碍患者的人工耳蜗和用于截肢者的假体装置。因此，对这些位于感觉运动过程边缘的设备进行了大量研究。然而，这里讨论的大部分研究并没有特别关注简单的感觉输入或运动输出，而是与感觉运动处理过程中发生的相互作用有关。例如，Micera 及其同事开发了触觉传感器，使用形态学神经计算方法，提供神经外周刺激，并报告截肢参与者可以成功区分自然纹理2 .

还为瘫痪患者开发了神经假体装置，其目的不仅是恢复运动功能3。研究人员直接记录来自大脑的信号，并使用被称为脑机接口4 的技术将它们连接到效应器。为了将此类技术用于神经假体设备，生物信号已被非侵入性5或侵入性6记录。初级运动皮层一直是提取运动相关信息的主要区域，但该系列中讨论的当前研究涉及记录来自额中回的信号7. 因此，可以从大脑中提取更复杂的感觉运动信息以恢复运动功能。需要注意的是，失去自主运动的患者也失去了交流方式，因为交流与身体部位的运动密切相关。利用脑机接口技术对于此类患者创业工作报告Birbaumer和同事8，并沿着这条线的研究已经在过去20年中连续进行9，10，11。

可归类为神经假体的其他医疗程序是迷走神经刺激或针对难治性癫痫的反应性神经刺激，以及针对运动障碍的深部脑刺激。目前正在进行调查以改善该领域的医疗实践12。

第二个子类别，系统神经科学和神经假体，收集在健全的参与者或体内动物研究中进行的研究，以在系统层面调查复杂的大脑功能。例如，Fletcher 及其同事要求听力正常的参与者使用他们的新设备通过前臂的触觉刺激提供缺失的音调感知，这些参与者在听到人工耳蜗模拟音频时表现出增强的音调辨别力13。之所以计划进行这项研究，是因为已经注意到传统人工耳蜗的用户严重损害了音调感知。

临床经验也激励研究人员进行体内动物实验。例如，众所周知，迷走神经刺激有时会诱发神经精神作用，Takahashi 及其同事对大鼠进行了研究，发现迷走神经刺激诱发了感官皮层14诱发反应的特定层调制。基于在健全的参与者中进行的系统神经科学研究或使用体内动物模型而获得的新知识，将有助于未来开发具有适当功能的神经假体，以治疗神经系统疾病。

第三个子类别，神经假肢的下一代技术，与先进工程技术或信息学方法的应用研究有关，例如体外生物工程或电子工程。体外生物工程研究经常使用人类或动物细胞。例如，Kubinová 及其同事使用人类脐带细胞研究细胞外基质水凝胶作为神经组织修复支架，并表明与京尼平交联提高了水凝胶的生物稳定性15。

电子工程研究的一个主题是开发生物相容性电极，以非侵入性16或侵入性17方式应用。在这个系列中，Flores 及其同事开发了一种蜂窝结构的电极阵列，并展示了视网膜细胞迁移到视网膜下空间的空隙中。这种新技术可能允许在视网膜下假体18 中开发细胞级像素。生物体和人造物体之间的接口技术是开发实用神经假体设备的关键。

大脑系统极其复杂，因此，神经假体试验的发展通常基于单一学科这一事实可能是一个限制。该合集旨在为创建新神经假体的跨学科方法提供一个平台，旨在为治疗神经系统疾病患者的未来医疗实践做出贡献。