第一部分 感官与运动功能修复第1章 听觉修复 2
1.1 引言 2
1.2 历史 2
1.3 基本设计 3
1.4 研究课题 8
1.5 安全问题 9
1.6 改善修复功能的可能性 9
1.6.1 音频信号采集 9
1.6.2 信号处理方案 10
1.6.3 电激励的特征 14
1.6.4 隔皮与穿皮传输 17
1.6.5 神经残存模式 18
1.6.6 训练 19
1.7 个体差异研究 19
1.8 未来研究方向 20
1.8.1 超越40％语音识别率 20
1.8.2 变量与机制 21
1.8.3 硬件 21
1.8.4 双耳声听觉 21
1.8.5 组织工程 22
致谢 22
参考文献 22
第2章 采用神经修复术恢复上肢末端功能的进展 32
2.1 神经修复技术在脊髓损伤中的应用 32
2.2 运动功能神经修复技术 33
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 33
2.3.1 患者适用范围 34
2.3.2 上肢末端神经修复术的工作原理 35
2.3.3 增强功能的外科手术 36
2.3.4 实施步骤 37
2.3.5 第一代植入神经修复术的临床结果 40
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 43
2.4.1 系统描述 43
2.4.2 增强的运动功能 44
2.4.3 双侧控制 45
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 46
2.5.1 控制的展望 46
2.5.2 感觉反馈的展望 47
2.5.3 神经激励和肌肉恢复的展望 47
2.5.4 多重肢体和器官修复系统的展望 48
2.5.5 神经修复术在其他中枢神经疾病中的应用 48
2.6 总结 48
致谢 49
参考文献 49
第3章 用于治疗和功能性电激励的BIONTM植入体技术 54
3.1 引言 54
3.2 项目研究目标 55
3.2.1 应用的简便性 55
3.2.2 模块化设计 55
3.2.3 长期的可靠性 56
3.3 基于安全性与功效性的设计 56
3.3.1 无线的可注射植入的封装体 56
3.3.2 关于密封性的实现与论证 57
3.3.3 电极与组织间的接口 60
3.3.4 激励输出和恢复特性 60
3.4 临床应用前的生物适应性测试 61
3.4.1 生物体外测试 61
3.4.2 短期的组织适应性 62
3.4.3 长期的非工作模式植入测试 62
3.4.4 长期的工作模式植入测试 64
3.5 临床应用及其技术挑战 65
3.5.1 中风患者的肩部半脱位的TES恢复 65
3.5.2 用于中风患者或脊椎损伤患者的辅助性抓握FES 67
参考文献 68
第4章 脊椎内微激励：功能性电激励的技术、观点和前景 71
4.1 引言 71
4.1.1 目的 71
4.1.2 背景 71
4.1.3 观点 72
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 72
4.2.1 背景 72
4.2.2 微激励中的基元叠加 74
4.2.3 脊椎行为中的基元 75
4.2.4 蛙的肌肉图谱：力量／肌肉关系 76
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 79
4.2.6 观点和结论 80
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 80
4.3.1 背景 80
4.3.2 产生膝部扭矩的高分辨率空间映射图谱 81
4.3.3 肢体运动响应特征 82
4.3.4 观点和结论 84
4.4 清醒状态下猫的下肢运动神经响应 85
4.4.1 背景 85
4.4.2 腰骶脊髓的急性映射图谱 85
4.4.3 长期实验的定位技术 86
4.4.4 由脊髓微激励引起的运动种类 87
4.4.5 感觉与脊髓微激励的相互影响 89
4.4.6 金属丝腐蚀测试 90
4.4.7 植入金属丝和长期激励所产生的组织反应 90
4.4.8 前景和结论 91
4.5 探讨和结论 91
4.5.1 前景 91
4.5.2 未来问题和发展方向 92
4.5.3 新方向：未来光纤方法 93
4.5.4 结论 93
致谢 93
参考文献 94
第5章 应用神经套管激励、记录或调制神经行为 98
5.1 引言 98
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 99
5.3 怎样在日常行为中记录神经活动 99
5.3.1 神经套管的阻抗 100
5.3.2 套管的密封 101
5.3.3 电极配置 101
5.3.4 神经套管的多通道记录 102
5.3.5 信号放大要求 103
5.3.6 日常稳定性及记录信号的可重复性 104
5.4 怎样通过神经套管电极来激励神经 104
5.4.1 非神经套管的神经激励 104
5.4.2 应用神经套管进行神经激励的优点 105
5.4.3 电极配置 105
5.4.4 神经套管密封 106
5.4.5 神经套管管长 106
5.4.6 神经套管的临床应用经验 106
5.4.7 多通道神经套管的激励 106
5.5 如何应用神经套管调制神经行为 106
5.6 神经套管设计及制造方法 107
5.6.1 套管壁结构 108
5.6.2 神经套管打开与密封的方法 110
5.6.3 神经套管电极和引出线 112
5.6.4 神经套管壁和关闭系统的发展 114
5.7 神经套管电极的研究与临床应用 115
5.7.1 神经套管的典型研究应用 115
5.7.2 神经套管所展现出来的临床用途 117
致谢 119
参考文献 119
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 126
6.1 引言 126
6.2 神经接口设计 127
6.2.1 调节神经胶质反应 127
6.2.2 稳定长期记录 129
6.2.3 神经可塑性的作用 130
6.3 设计电极接口 131
6.3.1 微丝 131
6.3.2 薄膜电极 132
6.4 处理神经信号 138
6.4.1 前置放大电路 139
6.4.2 噪声源 140
6.4.3 模／数信号转换 141
6.5 神经信号采集系统 142
6.5.1 混合信号VLSI 142
6.5.2 器件封装 144
6.6 无线传输 145
6.6.1 带宽 146
6.6.2 电源问题 146
6.7 神经修复设备的新方向 148
致谢 149
参考文献 149
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 155
7.1 引言 155
7.2 方法 155
7.2.1 植入 155
7.2.2 记录 156
7.2.3 波形分离 156
7.2.4 发放率控制的获取 156
7.2.5 当前研究对象 157
7.3 结论 157
7.3.1 追踪目标时的神经活动 157
7.3.2 单个神经元数据 159
7.4 讨论 162
7.4.1 总结 162
7.4.2 推论 162
7.4.3 未来的发展方向 163
致谢 163
可能的利益冲突 163
参考文献 164
第8章 感觉运动修复术中的大脑控制 165
8.1 引言 165
8.2 “神经机器人”控制的近期成果 165
8.2.1 在大鼠上证实的可行性 165
8.2.2 在猴子上的神经机器控制 171
8.3 多神经元记录和神经机器控制执行的方法 173
8.3.1 电极 173
8.3.2 信号处理和传输 175
8.3.3 神经元群体编码 176
8.3.4 从大脑不同区域得到的运动神经信号 179
8.3.5 神经机器执行 180
8.4 未来发展方向 181
致谢 181
参考文献 182
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 184
9.1 引言 184
9.1.1 作为“分子—电学双机制计算机”的神经元 184
9.2 正常活动下动物脑中的神经发放的分子机制研究 186
9.2.1 伴随局部药物注入的神经记录 187
9.3 临床展望 194
9.3.1 脑内药物疗法的前景 195
9.4 总结 196
致谢 196
参考文献 196
附录 199