BRAIN-COMPUTER INTERFACE FOR PRIMATES
灵长类动物脑机接口
基本信息
- 批准号:7958849
- 负责人:
- 金额:$ 31.52万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2009
- 资助国家:美国
- 起止时间:2009-05-01 至 2010-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Action PotentialsBehaviorCellsClinicalComputer Retrieval of Information on Scientific Projects DatabaseCorticospinal TractsDistalElectric StimulationForearmFundingGrantInstitutionLaboratoriesLearningLesionLimb structureMammalsMonkeysMotorMotor CortexMovementMuscleNerve BlockNeurochipNeuronsOperative Surgical ProceduresOutputParalysedPatientsPhysiologic pulsePlayPopulationPrimatesRecurrenceResearchResearch PersonnelResourcesRoleSignal TransductionSiteSourceSpinal InjuriesSpinal cord injuryStimulusTestingTimeTorqueUnited States National Institutes of Healthbasebrain computer interfacebrain machine interfaceinstrumentationlimb movementmicrostimulationmotor control
项目摘要
This subproject is one of many research subprojects utilizing the
resources provided by a Center grant funded by NIH/NCRR. The subproject and
investigator (PI) may have received primary funding from another NIH source,
and thus could be represented in other CRISP entries. The institution listed is
for the Center, which is not necessarily the institution for the investigator.
In mammals, the motor cortex plays a crucial role in controlling limb movements. After losing connections between motor cortex and muscles (as in spinal cord injury or lesions of the corticospinal tract) primates lose their ability to voluntarily activate distal limb muscles, although cortex and muscles may still be functional. Toward testing whether this gap can be bridged with an artificial connection, we have developed an implantable "brain-computer interface" [BCI]. This so-called Neurochip amplifies and detects the activity of a motor cortical neuron, and can convert the recorded action potentials to stimulus pulses delivered to muscles. Monkeys learned to use cortical cell activity to trigger functional electrical stimulation of muscles paralyzed by nerve block, thereby generating appropriate forces to acquire torque targets. These artificial connections could be used independently of whether the cell had been related to movement or not. In contrast to conventional approaches to "brain-machine interfaces" that are based on decoding of movement-related signals in large populations of neurons, this approach uses the activity of relatively few cells connected directly to muscles. To date the demonstration of this paradigm has employed laboratory instrumentation, but implantable Neurochips will provide longer times to incorporate the new circuit into normal behavior. In another application, continuous operation of artificial recurrent connections between cortical sites has produced long-term plasticity in cortical connections, evidenced by changes in the output effects evoked by microstimulation of the connected sites. We have now shown that plasticity can also be induced by a recurrent BCI that delivers stimuli triggered by forearm muscle activity to cortical sites. The recurrent BCI has clinical potential to aid patients paralyzed by ALS or spinal injury to regain some motor control directly from cortical cells and may also strengthen weak connections.
该子项目是利用该技术的众多研究子项目之一
资源由 NIH/NCRR 资助的中心拨款提供。子项目及
研究者 (PI) 可能已从 NIH 的另一个来源获得主要资金,
因此可以在其他 CRISP 条目中表示。列出的机构是
中心,不一定是研究者的机构。
在哺乳动物中,运动皮层在控制肢体运动中起着至关重要的作用。 在运动皮层和肌肉之间失去联系后(如脊髓损伤或皮质脊髓束损伤),灵长类动物失去了主动激活远端肢体肌肉的能力,尽管皮层和肌肉可能仍然具有功能。 为了测试是否可以通过人工连接来弥补这一差距,我们开发了一种可植入的“脑机接口”[BCI]。 这种所谓的神经芯片可以放大并检测运动皮质神经元的活动,并可以将记录的动作电位转换为传递到肌肉的刺激脉冲。 猴子学会了利用皮质细胞活动来触发因神经阻滞而瘫痪的肌肉的功能性电刺激,从而产生适当的力来获得扭矩目标。 无论细胞是否与运动有关,这些人工连接都可以独立使用。 与基于对大量神经元中的运动相关信号进行解码的传统“脑机接口”方法相比,这种方法利用了直接与肌肉相连的相对较少的细胞的活动。 迄今为止,这种范例的演示已经采用了实验室仪器,但植入式神经芯片将提供更长的时间将新电路纳入正常行为。 在另一项应用中,皮质位点之间人工循环连接的连续操作已经在皮质连接中产生了长期可塑性,通过连接位点的微刺激引起的输出效应的变化证明了这一点。我们现在已经证明,可塑性也可以通过循环脑机接口来诱导,脑机接口将前臂肌肉活动触发的刺激传递到皮质部位。 复发性 BCI 具有临床潜力,可以帮助因 ALS 或脊髓损伤而瘫痪的患者直接从皮质细胞重新获得一些运动控制,并且还可以加强薄弱的连接。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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