鑽石舞台

神經是生命活動所必需的，對生活質量有着重大影響，但神經也容易受到身體損傷、遺傳因素、繼發性併發症和衰老等各種原因的損害。一旦神經受損，它們就難以重建，並且由於神經受損導致生物信號傳導不良，會導致部分或全部身體功能永久喪失。

在神經損傷患者的各種康複方法中，目前在臨床實踐中效果積極的是基於計算機控制的功能性電刺激（FES）療法。通過電刺激來誘導神經病變患者已經無法控制的肌肉進行收縮，從而產生一定的運動能力。

然而這種方法存在局限性，不適合患者在日常生活中長期使用。因為這種方法需要複雜的數字電路和計算機進行信號處理以刺激肌肉，在此過程中將消耗大量能量，且生物相容性差。

2022年8月15日，斯坦福大學鮑哲南教授團隊與首爾國立大學李泰雨教授團隊合作，在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 上發表了題為：A low-power stretchable neuromorphic nerve with proprioceptive feedback 的研究論文。該研究通過人工神經成功地恢復了癱瘓小鼠的肌肉運動，幫助癱瘓小鼠實現行走、奔跑甚至是踢球。

為了解決功能性電刺激（FES）的局限性，研究團隊成功地僅使用人工神經控制小鼠的腿部運動，而無需使用複雜且笨重的外部計算機，使用可拉伸、低功率的有機納米線神經形態裝置，模擬生物神經纖維的結構和功能。

這種可拉伸的人工神經由一個模擬本體感受器（指位於肌肉、肌腱和關節內的感受器，感受身體在空間運動和位置的變更，向中樞提供信息）的應變傳感器、一個模擬生物突觸的有機人工突觸和一個用於將信號傳輸到腿部肌肉的水凝膠電極組成。

研究人員根據傳遞給人工突觸的動作電位的發射頻率，以類似於生物神經的原理，調整小鼠腿的運動和肌肉的收縮力。與功能性電刺激（FES）相比，該研究開發的人工神經實現了更順暢、更自然的腿部運動。

此外，人工本體感受器能夠檢測小鼠的腿部運動，並實時反饋給人工突觸，以防止腿部運動過度導致肌肉損傷。

在這項研究中，研究團隊使用這種人工神經成功幫助癱瘓的小鼠行走、奔跑，以及踢球。此外，該研究還通過從小鼠的運動皮層採集預先記錄的信號並通過人工突觸移動小鼠的腿，展示了人工神經在未來對自主運動的適用性。

李泰雨教授表示，在醫學取得長足的進步今天，神經損傷仍然是一項重大科學挑戰，如果沒有新的突破，未來也仍將難以解決。而這項研究為使用神經形態技術以工程的方式而不是生物醫學的方式克服神經損傷。這項突破性進展將為改善患有相關疾病和障礙的人的生活質量開闢一條新途徑。

鮑哲南教授表示，這項研究充滿潛力，通過為神經損傷患者開發可拉伸的人工神經，為開發對患者友好的、更實用的可穿戴神經假肢奠定了基礎。

李泰雨（左），鮑哲南（右）