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摘要由于预想不到的物理损伤或神经系统疾病等原因，会导致人体的运动功能损伤或缺失，严重影响人们的生活质量和心理健康。本文关注功能电刺激可以在相应的截瘫肢体处或者脊髓等位点进行电刺激治疗，通过电极给神经肌肉以一定弱强度的电刺激，促使运动功能恢复。脑机接口通过采集并分析大脑信息输出控制指令，与外部设备直接建立一种新型的信息交流与控制通道，绕过受损的脊髓或外周神经肌肉系统重建运动功能。基于脑控制的全植入式功能电刺激系统，结合了功能电刺激和脑机接口的优势，为刺激策略的自主调节提供了一条新途径。但是，运动功能的恢复与重建是一个长期过程，探索了解其中的神经调控机制，从而提高运动功能恢复与重建的效果。<br>　　神经调控机制的研究需要长期的动物实验，之后才能用于临床研究。传统的肌肉表面电刺激器通过电刺激肌肉表面使肌肉收缩产生肢体运动，但是刺激电流与实际神经电信号传递方向相反，被激活的肌肉组织容易疲劳，造成实验被试的不适，不宜进行长期实验和使用；植入体和电池通过导线连接的功能电刺激器，尽管刺激电流的方向与实际神经电信号相同，但是导线与组织之间的摩擦可能会造成动物的不适甚至感染，也不宜进行长期实验；带电池的全植入式功能电刺激器可以解决以上问题，但考虑到植入要求，电池体积需要足够小，所能携带的电量较小，用完后需要重新手术再次植入新电池，即使是可充电型电池，由于现阶段充电效率的原因，也不宜进行长期实验。本文针对以上问题，研制了一套以线圈耦合方式进行无线能量传递的全植入式功能电刺激器，为神经调控机制的研究提供了技术支撑。<br>　　在细胞水平神经调配机制也存在经济性原则。首先，在运动规划阶段，大量神经元细胞不参与到运动相关因素的编码，到了运动执行阶段，运动无关神经元大量转化成运动相关的神经元；其次，在运动规划阶段对目标朝向的相关的神经元较少，但是到了运动执行阶段，与目标朝向相关的神经元比例明显增加；最后，在随机干扰情况下，使用规划阶段与朝向相关的神经元的信号预判运动执行的情况，正确率较低。以上结果都说明运动皮层在动态改变神经元的功能属性，并针对确定情况，才会集中力量调配大量神经元转换成所需的功能神经元，而在不确定的情况下，大脑皮层则比较“经济”地选择等待。<br>　　本文在搭建基于脑控制的全植入功能电刺激系统平台过程中，主要成果及创新点：<br>　　1）研究猕猴在三维空间中伸展抓握过程中的神经机制，利用双因素方差分析得到运动规划和执行阶段神经元功能属性的变化规律，阐明了与运动相关的神经元放电活动之间存在一种动态调配机制；<br>　　2）提出了适用于类似运动任务完成的包含神经元自适应控制的框架，对高性能的脑机接口的设计具有重要的指导意义。<br>　　3）研制了具有经皮无线能量和数据传输功能的植入式神经电刺激器，并采用动物在体实验验证了该刺激器的有效性和生物兼容性。