Neural Interface Technologies in Controlling Lower Limb Prosthetics

Daha düşük bir uzuv kaybı, bir kişinin hareketliliğini, bağımsızlığını ve yaşam kalitesini derinden etkiler. Geleneksel prosthetic uzuvlar, onlarca yıldır geniş ölçüde gelişmişken, hala pasif mekanik hareketler veya temel myoelektrik kontrolüne güvenmektedir - kas sözleşmelerini geri almak - genellikle doğal bir gait kalıplarına yol açar, yüksek bilişsel yüklere ve sınırlı işlevsellik.

Neural Interface Technologies

Onların çekirdeğinde, sinir sistemi tarafından üretilen elektrik sinyalleri tespit eder - beyinden, omurdan veya periferik sinirlerden vazgeçir - ve onları gerçek zamanlı olarak prosthetic uzuvunlar dahil olmak üzere, duruş ve dengeye güvenen geleneksel prostezlerden farklı olarak, eksik olan orijinal sinir komutlarına tapınır.

Konsept yeni değil; bilgisayar eğrileri için erken deneysel BCIs for bilgisayar eğrilerior control date back on yıl. Ancak, bu teknolojiyi alt ekstrem prosthetics eşsiz talepleri sunar. Alt uzuv hareketi karmaşık, senkronize edici eylemler içerir, sabit tutma, tahrik ve denge için - kullanıcının sinirsel modellerine adapte olan daha basit bir arayüz.

Miniaturized elektronik, kablosuz veri iletimi ve implante edilebilir biyo uyumlu malzemeler ilerlemeyi hızlandırdı. Son atılım çalışmaları, daha düşük uşak amputasyonlarla bireylerin artık tamamen sinir sinyalleri ile kontrol edilen prosthetic leg ile yürüyebildiğini gösteriyor, bu laboratuvar başarılarının pratik, klinik olarak uygulanabilir sistemlere ulaşması.

Alt Limb Kontrolleri için Neural Interfaces türleri

Neural arabirimleri, invazifikasyonlarına ve nöral sinyal alımına dayanan geniş ölçüde kategorize edilebilir.Her tür sinyal sadakati, cerrahi riski ve uzun vadeli güvenilirlik arasında bir ticaret sunar.

Invasive Neural Interfaces

Protezler için en gelişmiş örnek, elektrot arayüzleri (Dörtücük diziler) veya reaktif sinir arayüzünü (RPNI) kullanarak, optik sinir uyarıları tekrarlamak için kullanılan optik sinir ağları (CFONT) veya daha düşük çözünürlükte) ile ilgili olarak, elektrotları tekrarlamak için kullanılan optik sinirsel sinirler için en yüksek çözünürlükte (=) veya daha düşük çözünürlükte bulunan optik sinirler için (=) veya daha düşük çözünürlükte) kontroller için (=FONT)

Non-Invasive Neural Interfaces

İnvazif olmayan arayüzler, sinir aktivitelerini tespit etmek için kafa derisine veya derisine yerleştirilen dış sensörlere güveniyor.En yaygın teknoloji elektroenseografi (EEG), bir decoderin beyinden daha düşük protezler için, EEG tabanlı sistemler, hareketle ilgili kortical potansiyelleri veya sensör ritmini tespit ediyor, ancak düşük zamanlayıcıları kontrol etmek için cazip sinyaller üretirler.

Umut verici bir hibrit yaklaşım, beyin sinyallerini canlı kas aktiviteleriyle birleştirmektedir.(0) Michigan Biyomechanics Lab) tarafından belirlenen bu çok yönlü uzuvlar arasında geçiş yapabilmelerine izin veren bu multimodal arayüz, beyin sinyalleriyle doğrulanabilir.

Peripheral Nerve Interfaces (Epidural, Cuff ve Intrafascicular)

Ek olarak, beyin implantları ve derisi EEG periferik sinir arayüzleri arasında, (Dörtsel) elektrotlar (öneticisel elektrotlar veya fotonlar) ile ilgili olarak, altta yatan sinirler (Dörtücük) veya optik sinirler, kontroller için doğrulayıcılar ile ilgili olarak, kontroller için yüksek çözünürlükte bulunan motor komutları doğrudan doğruya doğruya doğrultabilir.

Mevcut Uygulamalar ve Landmark Araştırma

Son beş yılda, birkaç dönümlük çalışma, bir implantatif periferik sinir arayüzü kullanarak bir protezin fizibilitesini göstermiştir. 2021 yılında araştırmacılar, [[Uygun Medya Lab) ve Brigham ve Women's Hospital, bir implantatif periferik sinir arayüzü kullanarak ilk doğrudan sinirsel kontrolünü bildirdiler.The katılımcı, ikili amputee, basamaklı ve merdivenlerden fazla yürüyebildiler.

Bir başka öncü çalışma:0)Rehabilitation Institute of Chicago (şimdi Shirley Ryan SkillLab)[Dönetici EEG cap, motorize diz-ve-ankle prosthetic. Katılımcılar, bu konudaki enginal ortak açısını kontrol etmek için sensörlerini modüle etmeyi öğrendiler. Birkaç hafta boyunca, konular, kontrol için engelden ve seviye yürüyüşe başarıyla engellenebilir.

Mevcut Ticari ve Klinik Geliştirmeler

Louis elektrotiğe ait bazı şirketler, araziye adapte olmak için kullanılan perrio Foot’leri sunar, ancak yine de doğrudan sinir kontrolüne sahip değildir.)

Major Challenges and Research Frontiers

Heyecana rağmen, birkaç dışlanmış zorluk, sinir arayüzü prosthetics rutin bir klinik seçenek haline gelmeden önce aşılmalıdır.

Signal Stability and Long-Term Reliability

Sürekli bir problem, zaman içinde sinyal kalitesinin bozulmasıdır.Zemin edilen elektrotlar, birkaç yıl boyunca metal iletişimin gerektirdiği, kaydedilen sinyallerin amplifikasyon ve spesifikitesini azaltmak gibi, bu fenomen, anti-inflamatuar vücut yanıtını azaltmak için bilinen, birkaç yıl boyunca kullanılabilir olan diğer mikro radyo radyo radyo radyo radyo yayınlarının ömrünü sınırlayabilir.

Signal Decoding Kompleksiity

İnsan sinir sistemi izole edilmiş “parça” veya “tatil” komutları göndermez; yerine, yörünge için karmaşık olmayan planlar, hız ve araziye adaptasyon sağlar.Bu desenler karmaşık makine öğrenme algoritmaları gerektirir - recurrent sinir ağları (RNNs) veya transformatörlere dayanan - bir sonraki gün boyunca eğitimsiz kullanıcı arayüzünü kullanarak yapılan bir hata.

Biyokompatlanabilirlik ve Cerrahi Riskler

İnvap implantları, özellikle de beyin cerrahisi altında bulunanlar, enjeksiyon risklerini taşırlar, hemorajiyi ve kronik inflamasyonu azaltırlar. daha düşük uzuv uygulamaları için, uygar veya kataliz sinir sinir sinirlerinin periferik sinir sinirlerini azaltırlar, ancak yine de sinir hasarının risklerini içerirler.[4]

Sensörsel Geri Dönüşüm Entegrasyonu

Son zamanlarda, beyinden motor komutları alan ve ortak kapsülü alan, her adıma kılavuzluk etmek için sensörlü geri bildirimler sunmak için bir tıkırıktır.Doğal gait, ciltteki mekanik arabirimlerden sürekli bilgi sağlar.), sadece motor komutlarını okumak için görsel girişlere güvenmek zorunda kalmaz, bu da önemli bir baskı ve baskı oluşturmak için önemli bir baskı ve baskı oluşturmak için önemli bir adımdır.

Yaşam Rehabilitasyon ve Yaşam Kalitesi için Implikasyonlar

Doğal Gait'i geri almak ve Sonbahar Riskini Yeniden Üretmek

Sinir kontrollü prostezlerin en acil yararı, doğrudan, sezgisel kontrol sağlayarak, kullanıcının biyomekanik bacaklarını ölçmek için zorlayan ve torso'yu ölçmek ve kas aktivitesine yol açan, sinir kontrollü yürüyüşe giden kalça ve eklem hastalığının azalmasıdır.

Bilişsel Yük ve Eğitim

Bir göz ardı edilen, her türlü egzersizin sürekli olarak yapılması ve ağırlıklandırılmasının, zihinsel olarak kısaltılması gereken büyük bir artıştır.[Döneticileri değiştir] Bu, zihinsel olarak daha düşük bir şekilde yapılanma ve zihinsel bir şekilde iyileştirme yeteneğinin daha düşük olması durumunda, zihinsel olarak daha düşük bir şekilde kontrol etme yeteneğinin daha düşük olması gerekir.

Psikolojik ve Sosyal Faydaları

Hareketliliğin ötesinde, sinir arayüzü prostez vücut imajını ve kendini kontrol edebilir. Birçok amputees, prosthetal uzuvlarından kopuşturarak, bu mülkiyet hissinin bir parçası olarak, doğrudan bir sinir bağının yeniden kurulmasıyla, protez bacaklarının daha entegre hale geldiğini ifade eder.Ayrıca, genellikle “fesyonel” olarak ortaya çıkan hataları ifade eder.Bu özellik, kendi bacaklarını azaltamaz.Bu anlamda daha fazla artar.

Future Outlook: Tam Neural Entegrasyona Doğru

Önümüzdeki beş ila on yıl muhtemelen ilk FDA onaylı nördörd kontrol edilen daha düşük uzuv prosthetic sistemleri piyasaya giriyor. Araştırmacılar şimdi kullanıcı niyetini ancak gelecekteki arazi değişikliklerini tahmin etmeyecektir.[Döneticileri, örneğin, bir sabit ölçüm birimlerinden gelen verileri birleştirip otomatik olarak ayarlamaya devam eden, kuvvet sensörleri ve kameraları tamamen karar verme sistemi yaratmaya çalışır.

Bu teknolojileri erişilebilir ve uygun hale getirmek için de çaba vardır. non-vazif sistemler, daha az yetenekli olsa da, kablosuz olarak yeniden şarj edilebilir olan daha iyi kuru-electrode tasarımları ve gelişmiş sinyal işleme ile geliştirilecektir. Telemedicine platformları, sık sık klinik ziyaretler için ihtiyaç duyacaktır.In invaziv sistemler için, tam implant edilebilir, kablosuz olarak şarj edilebilir sistemlerin geliştirilmesi, transkriptli konektörler için ihtiyacı ortadan kaldıracaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Neural arayüzü teknolojileri alt prosthetics'te bir paradigma değişikliği temsil eder. Beyin ve yapay uzuv arasındaki doğrudan sinirsel iletişimi geri yüklemek için, bu sistemler en doğal, sezgisel ve fonksiyonel kontroller elde edilir. Önemli mühendislik ve biyolojik zorluklar kalırken -özellikle de uzun süreli sinyal istikrarı, güvenilir sensör geri bildirim ve cerrahi güvenlik ile ilgili olarak - son beş yıl boyunca nefes kesen bir şekilde ilerlemeler sunar.