仿生计算机到大脑的通信，通过周围神经刺激增强自然触觉

原创 集智编辑部 集智俱乐部

关键词：仿生计算机，脑机接口，仿生神经刺激

论文题目：Biomimetic computer-to-brain communication enhancing naturalistic touch sensations via peripheral nerve stimulation
论文期刊：Nature Communications
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45190-6

脑机接口（BCI）技术的发展为多个领域带来了革命性应用，包括帮助残疾人士恢复丧失的感觉和运动功能。尤其是在感觉反馈恢复方面，通过直接电刺激残留的周围或中央神经系统，已经取得了一定的进展。然而，尽管这些技术在提高假肢使用的自然流畅性和接受率方面取得了进展，但目前的神经技术在诱导自然感觉方面仍存在不足，常常导致不适的麻木感。这主要是因为现有的神经调控设备未能基于人类自然触觉编码或使用基于模型的方法进行神经元刺激，而是采用了预定义的恒定刺激频率，这种刺激模式同时激活所有神经元，与自然触觉时的神经活动不符。

为了解决这一问题，研究者们设计并测试了一种基于神经科学的框架，利用仿生刺激在动物中诱导生理上可信的信息流，并在神经假肢患者中提高了性能。该工作近期发表在Nature Communications上。研究者通过开发一个仿生神经刺激策略，利用一个现实的仿生模型（FootSim）来恢复行走时自然触觉编码的相关时间特征的触觉反馈。此外，通过在去脑化猫的胫神经上使用袖套电极进行刺激的同时记录神经活动（在背根神经节（DRG）和脊髓（L6）），研究者们能够记录和比较电刺激引起的活动与机械触觉反应的神经元反应。这一方法在真人测试中得到了验证。

这项研究表明，随时间变化的仿生神经刺激可以作为一种高效的工具，用于生成神经激活的人工模式，可以有效地传达到体感系统的上部区域，从而造成生理上可信的感觉。

与传统方法相比，仿生神经刺激可以提高活动能力（主要结果）并减少脑力劳动（次要结果）。这种受人体启发的神经科学驱动技术的成果可以作为推进辅助神经技术的模型。

图1 仿生神经假体的开发。（1）利用生物感觉处理的计算机模型来模拟神经系统对外部触觉刺激的自然神经激活（蓝色部分）；(2) 对特定神经刺激策略背后的机制进行实验验证（橙色部分）；(3) 对植入人体的仿生技术进行严格的临床验证，评估现实场景中的功能结果（绿色部分）

编译｜刘培源

原标题：《NC速递：仿生计算机到大脑的通信，通过周围神经刺激增强自然触觉》

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