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通过分布式光遗传皮层反馈在闭环脑机接口中进行学习
摘要 目的 在通过脑机接口操纵假肢的过程中，皮质表面的分布式微刺激可以有效地向受试者提供反馈。这种反馈可以向假肢使用者传达大量信息，可能是获得假肢的精确控制和实施的关键。然而，到目前为止，人们对解码此类模式的生理限制知之甚少。在这里，我们旨在测试一种旋转光遗传反馈，该反馈旨在有效地编码假肢中使用的机器人执行器的 360° 运动。我们试图评估通过闭环脑机接口控制假肢关节的小鼠对其的使用情况。 方法 我们测试了小鼠优化虚拟假肢关节轨迹的能力，以解决奖励性伸手任务。它们可以通过调节初级运动皮层中单个神经元的活动来控制关节的速度。在任务期间，投射到初级体感皮层上的模式化光遗传刺激不断向小鼠传递有关关节位置的信息。主要结果 我们表明，小鼠能够在任务的主动行为环境中利用连续、旋转的皮质反馈。小鼠通过更频繁地检测奖励机会，以及通过将关节更快地移向奖励角区，并在奖励区停留更长时间，实现了比没有反馈时更好的控制。控制关节加速度而不是速度的小鼠无法改善运动控制。 意义 这些发现表明，在闭环脑机接口的背景下，可以利用具有优化形状和拓扑的分布式皮质反馈来控制运动。我们的研究直接应用于机器人假肢中经常遇到的旋转关节的闭环控制。 1. 简介
仿生学中的多感觉整合：相关性和前景
摘要 综述目的 本综述旨在强调与仿生肢体和体感反馈恢复相关的多感觉整合过程日益增长的重要性。 最新发现 通过神经刺激恢复准现实感觉已被证明可为肢体截肢者带来功能和运动益处。近期，与人工触觉相关的认知过程似乎在假肢的完全整合和接受中发挥着至关重要的作用。 摘要 仿生肢体中实现的人工感觉反馈增强了截肢者对假肢的认知整合。多感觉体验是可以测量的，必须在设计新型体感神经假体时予以考虑，其目标是为假肢使用者提供逼真的感觉体验。正确整合这些感觉信号将保证更高水平的认知益处，从而实现更好的假肢并减少感知到的肢体扭曲。
植入式传感器的神经刺激伪影去除可提高信号清晰度和运动意志解码
随着对具有可靠和多功能控制的假肢的需求不断增长，肌电模式识别和植入传感器方面的最新进展已被证明具有相当大的优势。此外，可以通过刺激残留神经实现假肢的感觉反馈，从而实现对假肢的闭环控制。然而，这种刺激会导致肌电图 (EMG) 信号中出现干扰伪影，从而降低假肢的可靠性和功能。在这里，我们实现了两种实时刺激伪影去除算法，即模板减法 (TS) 和 ε - 正则化最小均方 (ε -NLMS)，并研究了它们在植入神经袖和 EMG 电极的两名肱骨截肢者中离线和实时肌电模式识别的性能。我们表明，这两种算法都能够显著提高伪影破坏的 EMG 信号的信噪比 (SNR) 和离线模式识别准确性。此外，这两种算法都改善了主动神经刺激期间运动意图的实时解码。尽管这些结果取决于用户特定的传感器位置和神经刺激设置，但它们仍然代表了朝着能够进行多功能控制和同时感觉反馈的双向神经肌肉骨骼假肢迈出的进步。
仿生学中的多感觉整合：相关性和前景
摘要 综述目的 本综述旨在强调与仿生肢体和体感反馈恢复相关的多感觉整合过程日益增长的重要性。 最新发现 通过神经刺激恢复准现实感觉已被证明可为肢体截肢者带来功能和运动益处。近期，与人工触觉相关的认知过程似乎在假肢的完全整合和接受中发挥着至关重要的作用。 摘要 仿生肢体中实现的人工感觉反馈增强了截肢者对假肢的认知整合。多感觉体验是可以测量的，必须在设计新型体感神经假体时予以考虑，其目标是为假肢使用者提供逼真的感觉体验。正确整合这些感觉信号将保证更高水平的认知益处，从而实现更好的假肢并减少感知到的肢体扭曲。
第二次世界大战期间的克鲁......
克鲁拖拉机：他们利用自己开发机车的技能，在克鲁工厂改装了伦敦和西北铁路公司 (LNWR) 制造的 138 辆不同的车辆，开发出了克鲁拖拉机。这是因为法国和比利时的战壕中缺乏动力运输。他们从一辆福特 Md 型 T 车开发出了这种拖拉机，以便在一小时内将其改装成机车。这种克鲁拖拉机机车可以将弹药、武器和医疗设备运送到战壕。弹药：他们在工厂内开设了一个新部门，开发武器和爆炸弹等弹药。这是一项危险的工作，但这是克鲁工厂首次鼓励女性工作。阅读我们的 Daisy Bunting 资源包以了解更多信息。假肢：克鲁工厂还专门为在工厂发生事故的员工制作假肢，例如失去手、胳膊或腿。工厂内有如此多的重型移动机械，事故频发。克鲁工厂医院有一位假肢制造商，名叫埃德温·弗洛克顿 (Edwin Flockton)，他帮助为员工制作了 17,000 个假肢。1914 年第一次世界大战爆发时，克鲁工厂医院为失去肢体的士兵制作了定制假肢。装甲列车：1915 年，他们制造并装备了两列装甲列车。这些列车用于保卫诺福克和苏格兰的海岸线。它们配备了可以射程三英里的枪。
推荐引用 推荐引用 Zaylaa, Amira J. Dr.; Haidar, Imane; Doughan, Ziad; Moumnieh, Mohammad; Mrad, Hamza; 和 Haidar, Ali M. (2024) “为肢体缺失而设计：基于人工智能的仿生假肢从模拟到现实的转变，”BAU 杂志 - 科学与技术：第 6 卷：Iss. 1，第 2 篇文章。DOI：https://doi.org/10.54729/2959-331X.1150
摘要 摘要 人类肢体或器官的丧失仍然是一个挑战，尤其是在人们不断依赖触摸屏和任务的世界中。因此，患者几乎无法承受和应对因这种丧失而遇到的越来越多的限制。现代手段和技术，如先进的人工部件，减少了对残疾或失去肢体或器官的患者的限制。例如，手部假肢为改善人体肢体的功能能力提供了强有力的工具，从而提高了使用者的生活质量。然而，使用假肢的患者仍然遇到许多问题，例如，遭受完整的肢体和背部疼痛、假肢系统成本高以及与假肢性能相关的困难、控制不佳和更新困难。基于上述问题，目标是设计一种由重量轻的重型塑料制成的 3D 仿生手臂。目的是使用伺服电机代替步进电机，以减少延迟和减轻重量。目的还在于设计一个基于人工智能 (AI) 的仿生手臂程序，该程序可以进行修改以用于未来的目的，例如添加新手势和优化系统控制。新设计包括 3D 打印手臂、控制设计、测试电机和 EMG 传感器、选择具有成本效益的部件、模拟和最终确定真实原型。结合直接执行运动机制和仿生假肢的全尺寸模型，该开发旨在用于上肢的医疗康复。实验结果包括开发一个真正的基于 AI 的系统来定制使用神经网络控制的手势。结果还包括保持 EMG 传感器的准确和干净的读数。此外，新的仿生假肢手臂确保性能不会延迟，模仿手的正常功能。结果还表明，我们的设计在成本效益方面超越了现有的设计，前提是在其他几个规格上它是可比的。设计灵活且基于人工智能控制。作为未来的展望，可以在新的基于人工智能的设计中测试更多的算法，并测试更多的手势。
一个评估反映认知的大脑动态的平台......
改进上肢肌电假肢的努力通常旨在为肢体缺失者提供高度功能性 [1]。尽管技术进步，但与完整肢体相比，这些设备提供的功能有限，并且会施加高认知负荷，导致疲劳和沮丧 [2]，这可能导致设备排斥 [3]。需要通过测量来直接评估认知负荷，以进一步了解在使用假肢期间如何有效地发展视觉运动行为。为此，脑电图 (EEG) 是理想的选择，因为它可以以高时间分辨率测量持续的神经活动。大脑中参与和与任务相关的区域的主动处理反映在 alpha 范围 (8-12 Hz) 内振荡幅度 (功率) 的抑制上 [4]，[5]。熟练运动表现的发展特点是将处理资源有效分配给大脑中与任务相关的区域 [6]。最近，这种方法被用来证明与解剖手相比，使用假肢时头皮上检测到的阿尔法波功率有所下降，这反映了更有意识的控制 [7]。基于这项工作，我们提出了一个平台来评估使用假肢时的大脑动态。第一部分描述了为该平台创建的可定制、轻量级肌电假肢模拟器。第二部分描述了平台中使用的无线脑电图设备和分析。该项目已获得新不伦瑞克大学研究伦理委员会的批准 (REB #2019-098)，所有试点测试均根据 REB 指南进行。最后，我们展示了反映功能抑制的皮质阿尔法波分布的试点数据，这可能表明认知负荷较高。
生物力学与医疗植入物设计
职业：学生，学校：圣托马斯女子高级中学 摘要 随着矫形假肢设计的最新发展，矫形残疾人士的生活质量得到了显著改善。然而，如果要使矫形假肢继续更有效发挥作用，仍有一些重大问题需要解决。最紧迫的挑战是提高生物相容性以促进与天然组织的更大结合、提高日常使用的耐用性以及提高感觉反馈以改善运动控制。已经创造了一些有前景的新技术来解决这些问题，包括 3D 打印、再生医学、人工智能和智能假肢。这种尖端技术可以显著提高矫形假肢的功能。为了使这些下一代矫形假肢充分发挥其潜力，必须解决一些关键问题。这些措施包括增加对研发的投入、标准化组件以确保质量和可靠性、扩大假肢的可及性以及骨科、材料科学、生物学和工程学专业人员之间的跨学科合作。纳米材料使生物工程和医学领域的重大进步成为可能。本文对几种生物相容性纳米复合材料进行了全面分析。还严格检查了它们在设计有效的医疗植入物时与增材制造等尖端制造技术的配合情况。关于植入式医疗器械行业的需求和未来，纳米复合材料和加工技术的重要性也得到了充分的预见。 关键词：增材制造；3D 打印；纳米复合材料；医疗植入物；假肢；骨科假体设计；生物相容性；耐久性；感官反馈；3D 打印；再生医学；人工智能 介绍 模具和其他传统制造工艺需要大量的时间和金钱，因此不适合用于需要复杂几何形状的生物医学工程应用。增材制造（有时称为 3D 打印）已成为一种实用且快速的方法来创建几何形状复杂的物体。它诞生于 20 世纪 80 年代，需要在计算机生成的模型的指导下在 3D 空间中分层材料。这使得构建使用传统制造方法难以实现的复杂设计成为可能。增材制造在医疗保健领域的应用正在不断扩大，特别是在组织工程、植入物设计和治疗输送方面。增材制造的一个快速扩展的用途是生物打印，它能够进行体外药物筛选、疾病建模和可植入组织的创建。[2] 增材制造解决了多孔植入材料的关键问题，例如制造可行性和准确性、骨弹性特性和骨整合孔径。这启发了新的几何晶格设计