感官及运动功能重建的神经修复技术

第一部分感官与运动功能修复

第1章听觉修复

1.1引言

1.2历史

1.3基本设计

1.4研究课题

1.5安全问题

1.6改善修复功能的可能性

1.6.1音频信号采集

1.6.2信号处理方案

1.6.3电激励的特征

1.6.4隔皮与穿皮传输

1.6.5神经残存模式

1.6.6训练

1.7个体差异研究

1.8未来研究方向

1.8.1超越40％语音识别率

1.8.2变量与机制

1.8.3硬件

1.8.4双耳声听觉

1.8.5组织工程

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参考文献

第2章采用神经修复术恢复上肢末端功能的进展

2.1神经修复技术在脊髓损伤中的应用

2.2运动功能神经修复技术

2.3用于脊髓受损患者上肢末端运动功能恢复的第一代神经修复术

2.3.1患者适用范围

2.3.2上肢末端神经修复术的工作原理

2.3.3增强功能的外科手术

2.3.4实施步骤

2.3.5第一代植入神经修复术的临床结果

2.4在脊髓损伤中为上肢末端运动机能而设计的第二代神经修复术

2.4.1系统描述

2.4.2增强的运动功能

2.4.3双侧控制

2.5为恢复脊髓损伤患者的上肢末端功能而设计的神经修复术展望

2.5.1控制的展望

2.5.2感觉反馈的展望

2.5.3神经激励和肌肉恢复的展望

2.5.4多重肢体和器官修复系统的展望

2.5.5神经修复术在其他中枢神经疾病中的应用

2.6总结

致谢

参考文献

第3章用于治疗和功能性电激励的B10NTN植入体技术

3.1引言

3.2项目研究目标

3.2.1应用的简便性

3.2.2模块化设计

3.2.3长期的可靠性

3.3基于安全性与功效性的设计

3.3.1无线的可注射植入的封装体

3.3.2关于密封性的实现与论证.

3.3.3电极与组织间的接口

3.3.4激励输出和恢复特性

3.4临床应用前的生物适应性测试

3.4.1生物体外测试

3.4.2短期的组织适应性

3.4.3长期的非工作模式植入测试

3.4.4长期的工作模式植入测试

3.5临床应用及其技术挑战

3.5.1中风患者的肩部半脱位的TES恢复

3.5.2用于中风患者或脊椎损伤患者的辅助性抓握FES

参考文献

第4章脊椎内微激励：功能性电激励的技术、观点和前景

4.1引言

4.1.1目的

4.1.2背景

4.1.3观点

4.2蛙和鼠脊髓内的基元募集：脊椎内FES的基本现象和启示

4.2.1背景

4.2.2微激励申的基元叠加

4.2.3脊椎行为中的基元

4.2.4蛙的肌肉图谱：力量肌肉关系

4.2.5在蛙脊髓微激励中，通过双侧交互作用得到的叠加干扰

4.2.6观点和结论

4.3在麻醉的和短期实验的猫体内，由脊髓内微激励引起的下肢运动神经响应

4.3.1背景

4.3.2产生膝部扭矩的高分辨率空间映射图谱

4.3.3肢体运动响应特征

4.3.4观点和结论

4.4清醒状态下猫的下肢运动神经响应

4.4.1背景

4.4.2腰骶脊髓的急性映射图谱

4.4.3长期实验的定位技术

4.4.4由脊髓微激励引起的运动种类

4.4.5感觉与脊髓微激励的相互影响

4.4.6金属丝腐蚀测试

4.4.7植入金属丝和长期激励所产生的组织反应

4.4.8前景和结论

4.5探讨和结论

4.5.1前景

4.5.2未来问题和发展方向

4.5.3新方向：未来光纤方法

4.5.4结论

致谢

参考文献

第5章应用神经套管激励、记录或调制神经行为

5.1引言

5.2对于神经套管电极长期植入体在解剖学以及外科上的考虑

5.3怎样在日常行为中记录神经活动

5.3.1神经套管的阻抗

5.3.2套管的密封

5.3.3电极配置

5.3.4神经套管的多通道记录

5.3.5信号放大要求

5.3.6日常稳定性及记录信号的可重复性

5.4怎样通过神经套管电极来激励神经

5.4.1非神经套管的神经激励

5.4.2应用神经套管进行神经激励的优点

5.4.3电极配置

5.4.4神经套管密封

5.4.5神经套管管长

5.4.6神经套管的临床应用经验

5.4.7多通道神经套管的激励

5.5如何应用神经套管调制神经行为

5.6神经套管设计及制造方法

5.6.1套管壁结构

5.6.2神经套管打开与密封的方法

5.6.3神经套管电极和引出线

5.6.4神经套管壁和关闭系统的发展

5.7神经套管电极的研究与临床应用

5.7.1神经套管的典型研究应用

5.7.2神经套管所展现出来的临床用途

致谢

参考文献

第二部分神经修复术的大脑控制

第6章神经修复控制的脑机接口设计

6.1引言

6.2神经接口设计

6.2.1调节神经胶质反应

6.2.2稳定长期记录

6.2.3神经可塑性的作用

6.3设计电极接口

6.3.1微丝

6.3.2薄膜电极

6.4处理神经信号

6.4.1前置放大电路

6.4.2噪声源

6.4.3模/数信号转换

6.5神经信号采集系统

6.5.1混合信号VLSI

6.5.2器件封装

6.6无线传输

6.6.1带宽

6.6.2电源问题

6.7神经修复设备的新方向

致谢

参考文献

第7章在植有亲神经性电极的人脑内与控制光标相关的皮层出现时神经信号的动态相互作用

7.1引言

7.2方法

7.2.1植入

7.2.2记录

7.2.3波形分离

7.2.4发放率控制的获取

7.2.5当前研究对象

7.3结论

7.3.1追踪目标时的神经活动

7.3.2单个神经元数据

7.4讨论

7.4.1总结

7.4.2推论

7.4.3未来的发展方向

致谢

可能的利益冲突

参考文献

第8章感觉运动修复术中的大脑控制

8.1引言

8.2“神经机器人”控制的近期成果

8.2.1在大鼠上证实妁可行性

8.2.2在猴子上的神经机器控制

8.3多神经元记录和神经机器控制执行的方法

8.3.1电极

8.3.2信号处理和传输

8.3.3神经元群体编码

8.3.4从大脑不同区域得到的运动神经信号

8.3.5神经机器执行

8.4未来发展方向

致谢

参考文献

第9章正常活动的鼠和猴脑中被电生理监视的神经元周围微环境中的药物传输

9.1引言

9.1.1作为“分子一电学双机制计算机”的神经元

9.2正常活动下动物脑中的神经发放的分子机制研究

9.2.1伴随局部药物注入的神经记录

9.3临床展望

9.3.1脑内药物疗法的前景

9.4总结

致谢

参考文献

附录

　　本书内容分为两部分。第一部分描述了感官与运动功能的神经修复技术，包括听觉修复，使用多种刺激神经组织的神经接口装置刺激肌肉、神经纤维甚至脊髓内神经元完成肢体动作，以及使用神经接口进行刺激，记录及调节神经活动，同步提取大脑神经行为并用以控制机器装置等。第二部分讲述了神经修复的大脑控制技术，包括人工神经控制的脑机接口设计，以及使用植入设备记录神经信号，然后利用它们进行神经功能修复等。可以看出，微电子技术和神经工程学技术的结合，对神经患者的功能修复具有极其重要的意义。此书为人们对神经修复和脑机接口的研究提供了有力帮助。　　很多人看过美国很受欢迎的科幻电视系列片“SixMillionDollarMan”，中文翻译为《无敌金刚》。该系列片的主角受重伤后，科学家和医务人员通力合作，利用高超的电子技术和医术，改造了他身体的部分器官，使他成为外表与常人无异、而实质上却具有超人力量的人。人类很难真正创造出电影《无敌金刚)中展示的人，但是人造神经系统可能很快就能用于有神经系统的伤害或疾病的病人。本书提供了人造神经系统相关的最新技术和应用情况。全书由两部分组成，第一部分详细介绍了现阶段应用最成功的人造感官与运动器官装置，特别讨论了这类装置现阶段的应用情况以及随技术发展这类装置改善的可能性；第二部分探索了一种新的研究领域，即采用植入大脑的设备、控制假肢等功能修复牲装置或者人士再建神经系统。