신경 인터페이스 및 감각 피드백

신경 인터페이스와 감각 피드백은 전동 의수족과 사용자 신경계 간의 양방향 연결을 다룹니다. 나가는 경로는 잔여 근육 활동, 외과적으로 재배치된 신경 또는 말초 신경에서 직접 의도를 읽어 장치 명령으로 변환합니다. 들어오는 경로는 촉각, 힘 또는 위치 정보를 사용자에게 다시 전달하여 루프를 닫음으로써, 의수족이 제어될 뿐만 아니라 느껴지도록 합니다. 이 둘은 양방향적이고 직관적인 의수족의 목표를 정의합니다.

Definition

보철물용 신경 인터페이스는 사용자 신경계 또는 근육계에서 장치로 운동 명령을 전달하고, 양방향 설계에서는 사용자에게 감각 신호를 되돌려 인공 사지의 제어 및 감각을 가능하게 하는 시스템입니다.

Scope

이 주제는 전동 의수족에 사용되는 명령(원심성) 및 피드백(구심성) 인터페이스를 다룹니다: 근전도 제어, 표적 근육 재신경 지배, 말초 신경 인터페이스, 그리고 촉각 및 고유수용성 감각을 복원하는 수단. 이는 원리와 연구 결과에 초점을 맞추며, 수술 기법이나 장치 장착에는 초점을 맞추지 않습니다. 이는 참고-교육용이며 임상 지침을 제공하지 않습니다.

Core questions

• 근육, 이식된 신경 또는 말초 신경에서 어떻게 움직임 의도가 추출됩니까?
• 표적 근육 재신경 지배란 무엇이며, 왜 제어를 개선합니까?
• 촉각과 고유수용성 감각을 의수족 사용자에게 어떻게 전달할 수 있습니까?
• 의수족이 '양방향'이라는 것은 무엇을 의미합니까?

Key concepts

• 원심성(명령) 대 구심성(피드백) 경로
• 표면 및 근육 내 근전도 제어
• 표적 근육 재신경 지배
• 말초 신경 인터페이스(커프 및 신경 내 전극)
• 촉각 감각을 위한 신경 자극
• 양방향(폐루프) 의수족
• 신체화 및 직관적 제어

Mechanisms

명령 측면에서는 표면 또는 근육 내 전극이 잔여 근육에서 근전도 활동을 기록하며, 디코더는 이를 보철물 움직임에 매핑합니다. 표적 근육 재신경 지배는 한때 손실된 사지를 담당했던 신경을 여분의 근육으로 외과적으로 이식하여, 다기능 팔을 위한 더 풍부한 근전도 신호를 생성하는 새롭고 생리적으로 의미 있는 제어 부위를 만듭니다 [kuiken-2009]; 동일하게 디코딩된 신호는 신경 이식을 받은 절단 환자의 전동 다리를 구동했습니다 [hargrove-2013]. 피드백 측면에서는 말초 신경 전극을 통한 전기 자극이 결손된 손에 국소화된 촉각 감각을 유발할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 점진적이고 안정적인 지각을 제공하고 [tan-2014], 보철 손의 센서와 실시간으로 연결될 때 양방향 제어를 위한 루프를 닫습니다 [raspopovic-2014]. 리뷰에서는 이 목표를 위해 사용되는 피드백 양식—전기촉각, 진동촉각, 기계촉각 및 직접 신경—을 분류합니다 [schofield-2014].

Clinical relevance

직관적인 제어 및 감각 복원은 의수족을 더 사용하기 쉽게 만들고, 인지적 부담을 줄이며, 사용자 신체 이미지에 더 쉽게 통합되도록 하는 방법으로 연구되고 있습니다. 연구 보고서에 따르면 재신경 지배 후 더 자연스러운 다기능 제어가 가능하며 [kuiken-2009], 신경 자극을 통해 촉각 지각이 복원되었습니다 [tan-2014][raspopovic-2014]. 이 항목은 개념을 설명하고 연구 결과를 요약합니다; 이는 수술적 또는 임상적 지침이 아니며, 설명된 기술은 전문적이고 주로 연구 단계에 있습니다.

Evidence & guidelines

증거는 주로 실현 가능성과 개념 증명을 보여주는 작고 고도로 전문화된 연구 및 사례 시리즈로 구성되며 [kuiken-2009][tan-2014][raspopovic-2014][hargrove-2013], 피드백 방법에 대한 서술적 리뷰에 의해 종합됩니다 [schofield-2014]. 많은 접근 방식—특히 직접 말초 신경 인터페이스 및 완전한 양방향 시스템—은 일상적인 치료보다는 연구 단계에 머물러 있으며, 이에 대한 광범위한 표준 치료 지침은 없습니다.

History

근전도 제어는 20세기 중반부터 보철물에 사용되었지만, 오랫동안 제한적이고 직관적이지 않은 명령과 감각 피드백이 없었습니다. 2000년대의 표적 근육 재신경 지배는 다기능 팔의 직관적인 제어를 확장했습니다 [kuiken-2009]. 2010년대에는 말초 신경 자극이 점진적이고 안정적인 촉각을 복원하기 시작했으며 [tan-2014], 보철 센서와 통합되어 실시간 양방향 손을 만들었으며 [raspopovic-2014], 이 분야를 단방향 제어에서 폐루프 인터페이스로 발전시켰습니다.

Debates

비침습적 대 침습적 인터페이스

표면 근전도 및 피부 기반 피드백은 비침습적이고 위험이 낮지만, 더 거친 신호를 제공하는 반면, 이식된 신경 및 근육 인터페이스는 수술 및 장기 안정성 문제의 대가를 치르더라도 더 선택적이고 자연스러운 제어 및 감각을 약속합니다.

추가된 감각 피드백이 실제 기능 향상에 도움이 됩니까?

복원된 감각은 연구에서 신체화 및 특정 작업 수행을 향상시킬 수 있지만, 일상생활에서 지속적이고 일반화 가능한 기능적 이득을 생성하는지는 아직 확립 중입니다.

Seminal works

• kuiken-2009
• tan-2014
• raspopovic-2014

Frequently asked questions

표적 근육 재신경 지배란 무엇입니까?

이는 절단된 사지를 한때 제어했던 신경을 남아있는 근육으로 이식하는 외과적 시술입니다. 사용자가 결손된 사지를 움직이는 것을 생각할 때, 해당 근육이 수축하여 근전도 의수족이 더 직관적인 제어를 위해 읽을 수 있는 전기 신호를 생성합니다.

의수족이 사용자에게 촉각을 느끼게 할 수 있습니까?

연구용 의수족은 손의 센서와 연결된 패턴으로 사용자 말초 신경을 전기적으로 자극하여 촉각을 복원했습니다. 이러한 양방향 시스템은 여전히 표준 임상 장치라기보다는 주로 실험 단계에 있습니다.