美国国防部高级研究计划局出资630万美元，研发“智能脊柱接口”

位于美国罗德岛州普罗维登斯布朗大学[]——支持一个新的赠款630万美元从美国国防高级研究计划局(DARPA),布朗大学的研究人员领导的研究小组将开发和测试一个“智能脊髓接口”旨在帮助恢复肢体运动和膀胱控制脊髓受伤的人。

研究人员说，他们与寿命合作伙伴罗德岛医院(Rhode Island Hospital)的医生、英特尔(Intel)和Micro-Leads Medical的商业合作伙伴合作开发了这款试验性的脊柱接口，它将被设计用来填补由脊柱损伤造成的神经回路缺口。这个想法是记录信号沿损伤部位上方的脊髓下行，并使用它们来驱动损伤下方的脊髓电刺激。与此同时，来自脊髓下方的信息将被用来驱动损伤上方的刺激。该装置可能有助于恢复四肢肌肉的意志控制以及因受伤而失去的感觉和感觉。

“我们知道，脊髓病变周围的回路通常保持活跃和功能，”布朗大学工程学院(Brown’s School of Engineering)助理教授、卡尼大学脑科学研究所(Carney Institute for Brain Science)研究员戴维·博尔顿(David Borton)说。“我们的希望是，通过双向利用病变两边的信息，我们可以对脊髓损伤的治疗产生重大影响。”这项探索性研究的目的是建立工具集——硬件、软件和对脊髓功能的理解的组合——使这样一个系统成为可能。”

大卫现在

在接下来的两年里，研究团队将与杰瑞德·弗里德利(Jared Fridley)博士和罗德岛医院(Rhode Island Hospital)的神经外科工作人员合作，招募脊髓受伤的志愿者，将他们植入一个实验接口，为期29天。当患者参与标准的脊柱损伤物理治疗时，该设备将记录并刺激脊柱。

“这是真正的努力,有可能产生重大影响脊髓损伤患者的生活,特别是我们的退伍军人与战争相关的脊髓损伤,“Ziya (Gokaslan博士说,neurosurgeon-in-chief在罗德岛和米里亚姆医院临床主任寿命的诺曼王子神经科学研究所和神经外科主席布朗布朗大学沃伦Alpert医学院的。“我们非常高兴能参与这项非常创新的研究，这是由布朗大学的博尔顿博士领导的杰出科学家与我们在罗德岛医院的团队以及我们的行业合作伙伴合作的结果。我们非常感谢国防部通过DARPA为这项工作提供的资金，也非常感谢我们从“生命周期”和布朗大学领导层那里得到的所有支持。”

研究人员将重点研究与控制行走和站立时的腿部有关的信号，以及与控制膀胱有关的信号，后者是脊髓损伤患者最关心的问题。在这个为期两年的项目结束时，研究人员希望能证明该装置能准确定位影响这些活动的神经回路。

博尔顿说:“我们希望通过研究脊髓产生的信号，它们与日常生活活动的关系，以及脊髓的电调节如何影响这些信号，我们将为未来的治疗技术设计提供信息。” 

博尔顿和美国、瑞士的研究团队最近的研究表明，脊髓刺激可以帮助恢复脊髓损伤后的自主肌肉控制，可能有助于康复。这个新项目的目标是在先前成功的研究基础上，利用来自脊髓的信号以一种更接近自然信号过程的方式来驱动刺激。通过双向刺激，它还可以帮助恢复受伤部位以下的四肢和肌肉的感觉，并随着时间的推移逐渐形成刺激轮廓。

博尔顿说:“这个项目的新之处在于从脊髓本身获取信息，并利用这些信息来驱动刺激到脊髓的另一部分。”“通过这种方式，我们正在利用尽可能多的完整组织，我们认为这可能会为脊髓刺激的更广泛的治疗应用打开大门，例如膀胱控制。”

该项目的一个关键部分是开发人工智能(AI)和机器学习工具来解码从脊柱记录的脊髓信号。为此，布朗团队将与英特尔的研究人员合作，为该项目提供硬件、软件和研究支持。通过像BrainGate这样的合作项目，布朗大学的研究人员在这一领域做了开创性的工作，而这个新项目将在此基础上取得成功。

英特尔公司副总裁兼人工智能产品组总经理纳文•拉奥(Naveen Rao)表示:“在布朗大学读博士时，我研究过如何将大脑与机器作为应用程序连接起来。”“现在在英特尔，我们将人工智能的专业知识与布朗大学(Brown University)的前沿医学研究相结合，以帮助解决一个关键的医学问题:如何在重大脊柱损伤后重新连接大脑和脊柱。”

Thomas Serre是布朗大学认知、语言和心理科学的副教授，他将与英特尔的人工智能团队合作。作为计算机视觉方面的专家，Serre在利用对生物系统的理解来设计人工模拟方面具有专长。

“我们的目标是找出可以与现代机器学习体系结构整合的数学抽象，”Serre说。“我们的希望是，如果我们能在设计模型时掌握一些关于脊髓工作原理的知识，我们就能开发出高效、可推广、不需要太多训练就能学习的系统。”

像这样的电极阵列将被用来创建一个智能脊柱接口，目的是有一天帮助脊髓损伤的人恢复功能。

该项目将使用微导联开发的高分辨率脊髓刺激技术HD64。

Micro-Leads Medical公司的创始人兼首席执行官布莱恩·麦克劳克林(Bryan McLaughlin)说:“多年来，脊髓刺激器一直导致无法预测的临床结果，这是因为将治疗定位到身体需要它的部分存在固有的困难。”“我们开发HD64是为了在不改变可植入设备大小或导线数量的情况下，提供两倍的治疗位置数量和更高的定位精度。”

在该项目的头两年，该设备将利用外部计算机系统来解码脊髓信号。然而，该团队希望这个项目将奠定基础，一个完全植入式装置长期使用康复期间和以后。

博尔顿说:“我们相信，我们在这个项目中学到的东西，将为今后完善一个对脊髓损伤康复有实际影响的系统提供参考。”

医学博士Timothy J. Babineau说:“在神经科学研究的前沿，寿命和罗德岛医院很荣幸能与布朗大学和科技行业的合作伙伴在这一突破性的技术和治疗努力上进行合作。，总裁兼首席执行官的寿命。“我们对神经科学和推进临床研究的深刻承诺促使我们在这项激动人心的工作上进行投资，没有任何一组医生比我们世界著名的神经外科团队更适合这项工作。”