旨在幫助患者繞過(guò)神經(jīng)損傷的傳統(tǒng)神經(jīng)修復(fù)裝置通常是剛性和耗電的?，F(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了可伸展的人工神經(jīng)，它可以幫助癱瘓的老鼠在跑步機(jī)上跑步和踢球，同時(shí)消耗的能量不到典型微處理器的百分之一。科學(xué)家們建議，有一天這些人工神經(jīng)可能會(huì)用于人體。

為了幫助因受傷或疾病而遭受神經(jīng)損傷的患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家正在研究神經(jīng)修復(fù)裝置，可以幫助將信號(hào)從大腦傳遞到肌肉或神經(jīng)。然而，首爾國(guó)立大學(xué)材料科學(xué)家，共同-資深作者Tae-Woo Lee表示，這些系統(tǒng)通常面臨一些關(guān)鍵限制。

例如，傳統(tǒng)的神經(jīng)修復(fù)系統(tǒng)通常依賴(lài)于耗電的外部計(jì)算系統(tǒng)。他們通常也會(huì)用恒定強(qiáng)度的電脈沖刺激身體，突然增加或減少幅度，“這會(huì)導(dǎo)致肌肉劇烈收縮，使患者感到不舒服，”Lee說(shuō)。

為了幫助產(chǎn)生更自然、舒適的運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的神經(jīng)假體系統(tǒng)可以在電刺激的開(kāi)始和結(jié)束期間增加電壓斜坡。然而，Lee說(shuō)，這涉及到稱(chēng)為函數(shù)發(fā)生器的附加設(shè)備，這些設(shè)備通常是剛性和笨重的，以至于它們不適合人體。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員開(kāi)發(fā)了模擬真實(shí)神經(jīng)的高度可伸縮電子神經(jīng)。像真正的神經(jīng)一樣，這些人工神經(jīng)可以傳遞強(qiáng)度逐漸上升和下降的電信號(hào)。這些人工神經(jīng)假體也僅消耗典型微處理器功率的約1/150。

新裝置由一個(gè)可伸縮的有機(jī)半導(dǎo)體納米線晶體管組成，該晶體管使用柔軟的彈性水凝膠電極電刺激肌肉。這種生物啟發(fā)或“仿生”裝置的作用類(lèi)似于人工突觸，是連接人體神經(jīng)元的連接點(diǎn)。

該裝置通過(guò)離子凝膠耦合到檢測(cè)應(yīng)變的碳納米管傳感器。這就像一個(gè)人工的本體感受器，一個(gè)從身體內(nèi)部接收信號(hào)的傳感器，幫助它跟蹤自己的位置和運(yùn)動(dòng)。研究人員使用這種人工本體感受器向電子神經(jīng)提供實(shí)時(shí)反饋。這有助于防止人工神經(jīng)過(guò)度刺激和過(guò)度訓(xùn)練小鼠腿部肌肉，而無(wú)需外部計(jì)算機(jī)控制運(yùn)動(dòng)。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員對(duì)麻醉的小鼠進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，使其肌肉癱瘓，以模擬針對(duì)神經(jīng)的損傷或疾病。他們發(fā)現(xiàn)，可以使用人工神經(jīng)和本體感受器來(lái)產(chǎn)生協(xié)調(diào)、平滑的腿部運(yùn)動(dòng)，包括在跑步機(jī)上行走，跑步，或踢球。他們還表明，可以使用神經(jīng)假體，通過(guò)從嚙齒動(dòng)物大腦記錄的電信號(hào)來(lái)移動(dòng)老鼠的腿。

“我們的工作是通過(guò)仿生電子神經(jīng)向生物器官傳遞生物神經(jīng)信號(hào)的第一個(gè)例子，”Lee說(shuō)，“通過(guò)這項(xiàng)研究，似乎有可能為人類(lèi)神經(jīng)損傷提出新的解決方案和策略，如脊髓損傷、周?chē)窠?jīng)損傷和神經(jīng)損傷，如Lou Gehrig病、帕金森病和亨廷頓病?！?/p>

除了潛在的醫(yī)療應(yīng)用，“可伸展人工神經(jīng)的源技術(shù)可能應(yīng)用于各種醫(yī)療可穿戴技術(shù)，”研究合作者、加州斯坦福大學(xué)材料化學(xué)家、共同資深作者Zhenan Bao說(shuō)。