Нервные механизмы коры головного мозга, отвечающие за контроль движений, всегда были в центре внимания неврологических исследований. С тех пор, как спортивная кора была открыта более ста лет назад, знания в этой области остаются поверхностными, и многие вопросы остаются: кодирует ли спортивная кора мышечную активность или параметры движения и как она кодирует? До сих пор продолжаются споры о механизмах, с помощью которых движущаяся кора контролирует движение тела, и пока не достигнут консенсус.
Ходьба является основным видом спорта человека и одним из наиболее распространенных видов деятельности в повседневной жизни. Пациенты с различными неврологическими заболеваниями, включая инсульт, болезнь Паркинсона и склероз, обычно демонстрируют аномальную походку здоровых людей.
В последние годы интерфейс мозг - компьютер (BCI) получил широкое внимание, чтобы помочь парализованным пациентам восстановить двигательные функции, тактильные и текстовые входные способности (рис. 1 и 2). Клинический BCI требует тщательной проверки и подтверждения (V & V) перед тестированием на людях. Из - за их сходства с людьми другие нечеловеческие приматы широко используются в качестве моделей животных для неврологических исследований, включая проверку и подтверждение интерфейсов мозга и компьютера.
Диаграмма 1. Имплантаты интерфейса мозга помогают парализованным пациентам.
Выше: пациент управляет роботизированной рукой.
Внизу: Пациент вводит текст, написанный от руки.
Рисунок 2: Neuralink Илона Маска проводит исследования походки.
Выше: эксперимент по захвату движения экспериментальной свиньи с имплантацией интерфейса мозг - компьютер.
Дно: кинематические данные, собранные вместе с данными о коре и спинномозговых нервах.
Из - за технических ограничений большинство исследований интерфейсов мозга и компьютера у животных в прошлом полагались на проводные нейрографы для сбора нейрофизиологических данных. Тем не менее, беспроводная система нейронной записи, используемая для интерфейса приматов с имплантированным мозгом, позволяет изучать нейробиологию походки обезьян - резусов, но также создает множество технических проблем, в том числе плохое качество сигналов, пропускную способность данных и расстояние передачи, а также ограничения по размерам оборудования и питанию, которые еще не решены.
Кроме того, системы захвата движения со специальной точностью имеют решающее значение для исследований BCI и походки. Текущие исследования в основном основаны на системах захвата движения, основанных на обработке изображений, и не могут обеспечить точность, необходимую для точного сбора данных.
Понимание роли движущейся коры в управлении движением было в центре внимания исследований последних десятилетий. Существует два основных взгляда на неврологию управления движением (Shenoy et al. 2013): некоторые считают, что движущаяся кора кодирует параметры движения высокого порядка, такие как конечности; Другие считают, что движущаяся кора кодирует конкретные мышечные сокращения для достижения необходимых упражнений. Во время движения рук у нечеловеческих приматов (NHP) было обнаружено, что группы кортикальных нейронов тесно связаны с направлением движения (Georgopoulos et al. 1986). Wessberg et al. (2000) поддерживают эти открытия и используют кортикальную группу нейронов для управления протезами. С тех пор были предложены десятки способов моделирования взаимосвязи между двигательной функцией и нейронной активностью. Некоторые примеры включают линейные виниловые фильтры (Wessberg et al., 200; Carmena et al., 2003), анализ основных компонентов (PCA) (Churchland et al., 2012), фильтры Кальмана (Wu et al., 2002; Li et al., 2009) и нейронные сети с длинной и короткой памятью (LSTM) (Tseng et al., 2019; Glaser et al., 2020).
Тем не менее, движения, необходимые для ходьбы, сильно отличаются от простых движений рук. Исследование также показало, что движущаяся кора по - разному контролирует ходьбу и растяжение рук (Xing et al. 2019). Дрю (1988), изучая кошек, обнаружил, что нейроны в движущейся коре контролируют сгибающие мышцы во время ходьбы на четырех ногах. Другое исследование на мышах показало, что при ходьбе по беговой дорожке выход подвижной коры значительно отличался от растягивающего движения (Miri et al. 2017). В то же время Яковенко и Дрю (2015) предположили, что спортивная кора играет аналогичную роль в растяжке и ходьбе. Эти противоречивые выводы указывают на пробелы в понимании роли моторной коры во время ходьбы, особенно из - за отсутствия доказательств для моделей нечеловеческих приматов.
Поэтому будущие исследования интерфейсов и походки мозга и компьютера требуют одновременного получения нейронных и кинематических сигналов с высокой скоростью и точностью для продвижения неврологических исследований. Команда нейроинженерии компьютерных чипов мозга Хайнаньского университета построила эксперимент со свободной подвижной походкой на макаках. Эксперимент опирался на высокоточную инфракрасную систему захвата движения NOKOV Mars 4H и беспроводные имплантаты BCI.
Диаграмма 3. Экспериментальная установка для свободного перемещения походки макаки.
Экспериментальная платформа для свободного перемещения макак использует инфракрасную систему захвата движения NOKOV, беспроводную систему нейронной записи, беспроводную миоэлектрическую систему сбора и трехмерную беговую дорожку. Он также собирает сигналы от кортикальных нейронов, данные электромиограммы, крутящий момент сустава и другие кинематические параметры. Эти данные могут быть закодированной информацией в коре головного мозга, которая может быть использована для изучения коррекции походки.
Ссылки:
Применение систем захвата движения в изучении технологии интегрированной внутренней позиционирования
Гибкий робот для реабилитации верхних конечностей с использованием технологии виртуальной реальности
Пожалуйста, свяжитесь с нами
-
Мы прилагаем все усилия для того, чтобы помочь вам в ваших запросах и предоставить полную информацию.
Поделитесь с нами своими проблемами, и мы быстро направим вас к наиболее эффективному решению.
-
-
- Объем захвата * m m m
-
Объекты для отслеживания *
- Количество целей (необязательно)
-
Тип камеры (по желанию)
-
Количество камер (необязательно)
- Отправить