神經科學的神經假體_風聞

哲學家斯蒂格勒認為，人類本質上是假肢生物，因為我們傾向於創造工具，例如眼鏡和智能手機1. 同樣，患者通常渴望使用假肢裝置恢復失去的身體部位的生理功能。神經假體裝置可以替代因神經系統疾病而受損的運動、感覺或認知功能。迄今為止開發的最成功的神經假體裝置是用於聽力障礙患者的人工耳蝸和用於截肢者的假體裝置。這兩類設備都位於神經系統感覺運動處理的邊緣，因此使用這些設備的更換相對簡單，儘管某些消費產品的功能受到了一定的限制。

系統神經科學是神經科學的一個分支學科，它在系統層面研究大腦功能。神經系統由大量的神經元細胞組成。因此，它的複雜性是深入瞭解神經系統和創建高功能神經假體設備的障礙。然而，通過關注神經迴路，系統神經科學提供了許多最新的見解，這些見解加深了我們對大腦的理解。系統神經科學的這種進步與創新技術的發展相結合，可能使更多和多樣化的神經系統疾病患者的大腦得到恢復。該合集為神經假體的跨學科研究提供了一個平台（圖1）。它由三個子類別組成：

(1)感覺運動神經假體的醫學應用。

(2)系統神經科學和神經假肢。

(3)神經假肢的下一代技術。

圖1顯示系統神經科學和醫學收藏中神經假體組件的示意圖。

全尺寸圖片第一個子類別，感覺運動神經假體的醫學應用，涉及患者臨牀研究的積累，以研究未來的神經假體。如上所述，迄今為止開發的最成功的神經假體裝置是用於聽力障礙患者的人工耳蝸和用於截肢者的假體裝置。因此，對這些位於感覺運動過程邊緣的設備進行了大量研究。然而，這裏討論的大部分研究並沒有特別關注簡單的感覺輸入或運動輸出，而是與感覺運動處理過程中發生的相互作用有關。例如，Micera 及其同事開發了觸覺傳感器，使用形態學神經計算方法，提供神經外周刺激，並報告截肢參與者可以成功區分自然紋理2 .

還為癱瘓患者開發了神經假體裝置，其目的不僅是恢復運動功能3。研究人員直接記錄來自大腦的信號，並使用被稱為腦機接口4 的技術將它們連接到效應器。為了將此類技術用於神經假體設備，生物信號已被非侵入性5或侵入性6記錄。初級運動皮層一直是提取運動相關信息的主要區域，但該系列中討論的當前研究涉及記錄來自額中回的信號7. 因此，可以從大腦中提取更復雜的感覺運動信息以恢復運動功能。需要注意的是，失去自主運動的患者也失去了交流方式，因為交流與身體部位的運動密切相關。利用腦機接口技術對於此類患者創業工作報告Birbaumer和同事8，並沿着這條線的研究已經在過去20年中連續進行9，10，11。

可歸類為神經假體的其他醫療程序是迷走神經刺激或針對難治性癲癇的反應性神經刺激，以及針對運動障礙的深部腦刺激。目前正在進行調查以改善該領域的醫療實踐12。

第二個子類別，系統神經科學和神經假體，收集在健全的參與者或體內動物研究中進行的研究，以在系統層面調查複雜的大腦功能。例如，Fletcher 及其同事要求聽力正常的參與者使用他們的新設備通過前臂的觸覺刺激提供缺失的音調感知，這些參與者在聽到人工耳蝸模擬音頻時表現出增強的音調辨別力13。之所以計劃進行這項研究，是因為已經注意到傳統人工耳蝸的用户嚴重損害了音調感知。

臨牀經驗也激勵研究人員進行體內動物實驗。例如，眾所周知，迷走神經刺激有時會誘發神經精神作用，Takahashi 及其同事對大鼠進行了研究，發現迷走神經刺激誘發了感官皮層14誘發反應的特定層調製。基於在健全的參與者中進行的系統神經科學研究或使用體內動物模型而獲得的新知識，將有助於未來開發具有適當功能的神經假體，以治療神經系統疾病。

第三個子類別，神經假肢的下一代技術，與先進工程技術或信息學方法的應用研究有關，例如體外生物工程或電子工程。體外生物工程研究經常使用人類或動物細胞。例如，Kubinová 及其同事使用人類臍帶細胞研究細胞外基質水凝膠作為神經組織修復支架，並表明與京尼平交聯提高了水凝膠的生物穩定性15。

電子工程研究的一個主題是開發生物相容性電極，以非侵入性16或侵入性17方式應用。在這個系列中，Flores 及其同事開發了一種蜂窩結構的電極陣列，並展示了視網膜細胞遷移到視網膜下空間的空隙中。這種新技術可能允許在視網膜下假體18 中開發細胞級像素。生物體和人造物體之間的接口技術是開發實用神經假體設備的關鍵。

大腦系統極其複雜，因此，神經假體試驗的發展通常基於單一學科這一事實可能是一個限制。該合集旨在為創建新神經假體的跨學科方法提供一個平台，旨在為治療神經系統疾病患者的未來醫療實踐做出貢獻。