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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FES67

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VLSI142

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