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研究人员将用630万美元的DARPA资金开发智能脊柱接口

在美国国防高级研究计划局(DARPA)的新拨款630万美元的支持下,由布朗大学研究人员领导的一个团队将开发和测试“智能脊柱接口”,旨在帮助恢复肢体运动和膀胱控制的人遭受脊髓损伤。

研究人员说,实验性脊柱接口是由Lifespan的合作伙伴罗德岛医院的医生与英特尔和Micro-Leads Medical的商业伙伴合作开发的,旨在弥合脊柱损伤造成的神经回路的空白。这个想法是记录沿着损伤部位上方的脊髓向下传播的信号,并使用它们来驱动病变下方的电脊髓刺激。同时,从下方沿绳索上来的信息将用于将刺激驱动到受伤上方。该设备可能有助于恢复四肢肌肉的意志控制能力,以及由于受伤而失去的感觉和感觉。

布朗工程学院的助理教授,大学卡尼脑科学研究所的研究员戴维·博顿说:“我们知道脊椎病变周围的回路通常仍然活跃并起作用。”“希望是通过双向使用病变两侧的信息,我们可以对脊髓损伤的治疗产生重大影响。这项探索性研究旨在构建工具集,包括对脊髓的硬件,软件和功能理解的结合,以使这样的系统成为可能。”

在接下来的两年中,研究团队将与Jared Fridley博士和罗德岛医院的神经外科人员合作,招募脊髓损伤的志愿者,并在实验界面上植入长达29天的时间。当患者参加脊柱损伤的标准物理治疗时,该设备将记录并刺激脊柱。

“这确实是一项变革性的努力,有可能对脊髓损伤患者的生活产生重大影响,特别是对那些与战争有关的脊髓损伤的退伍军人有重大影响,”神经外科主治医师Ziya Gokaslan博士说:在罗德岛和米里亚姆医院任职,是Lifespan的诺曼·普林斯神经科学研究所的临床主任,也是布朗布朗的沃伦·阿尔珀特医学院神经外科主席。“我们非常高兴能参与这项极富创新性的研究,这是布朗博士的博顿博士领导的杰出科学家与罗德岛医院团队以及行业合作伙伴之间的合作的结果。我们感谢国防部通过DARPA为这项工作提供的资金,以及我们从Lifespan和Brown University领导层获得的所有支持。”

研究人员将专注于与步行和站立时腿部控制有关的信号以及与膀胱控制有关的信号,后者是脊髓损伤患者报告的头号问题。在为期两年的项目结束之前,研究人员希望证明该设备可以正确地靶向影响这些活动的神经回路。

“我们希望通过探讨脊髓产生的信号,它们与日常生活活动的关系以及脊髓的电调制如何影响这些信号,我们将为治疗技术的未来设计提供依据,” Borton说。

由博顿(Borton)领导的小组以及美国和瑞士的研究小组最近进行的研究表明,脊髓刺激可以帮助恢复脊髓损伤后的自愿肌肉控制,从而可能有助于康复。这个新项目旨在通过利用来自脊髓的信号以更类似于自然信号传导过程的方式来驱动刺激,来基于先前的努力取得成功。并且通过使刺激双向进行,还可以帮助从受伤部位以下的四肢和肌肉中恢复感觉,并随着时间的推移改变其刺激曲线。

“该项目的新功能是从脊髓本身获取信息,并利用该信息将刺激驱动到脊髓的另一部分,” Borton说。“通过这种方式,我们将尽可能多地利用完整的组织,我们认为这可能会为脊髓刺激的广泛治疗应用(例如膀胱控制)打开大门。”

该项目的关键部分是开发人工智能(AI)和机器学习工具以解码从脊柱记录的脊柱信号。为此,布朗团队将与英特尔的研究人员合作,英特尔将为该项目提供硬件,软件和研究支持。通过BrainGate合作之类的项目,Brown研究人员在该领域做了开拓性的工作,而这个新项目将基于这一成功。

“作为博士我是布朗大学的学生,我研究了如何将大脑与机器作为应用程序进行交互。”英特尔公司AI产品事业部副总裁兼总经理Naveen Rao说。“现在,在英特尔,我们将AI的专业知识与布朗大学的前沿医学研究相结合,以帮助解决一个关键的医学问题:严重脊柱损伤后如何重新连接大脑和脊柱。”

认知副教授Thomas Serre布朗的语言和心理科学专业将与英特尔的AI团队合作。作为计算机视觉方面的专家,Serre在设计人工类似物方面运用了对生物学系统的理解而带来了专业知识。

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