L'interfaccia nervosa periferica rigenerativa della cuffia muscolare per l'amplificazione dei segnali nervosi periferici intatti

Shelby R. Svientek; Justin P. Wisely; Amir Dehdashtian; Jarred V. Bratley; Paul S. Cederna; Stephen W. P. Kemp

doi:10.3791/63222

Articolo metodologico

L'interfaccia nervosa periferica rigenerativa della cuffia muscolare per l'amplificazione dei segnali nervosi periferici intatti

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DOI:

10.3791/63222

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13 gennaio 2022

Shelby R. Svientek¹ , Justin P. Wisely¹ , Amir Dehdashtian¹ , Jarred V. Bratley¹ , Paul S. Cederna¹^,² , Stephen W. P. Kemp¹^,²

¹Department of Surgery, Section of Plastic Surgery, The University of Michigan Health System, ²Department of Biomedical Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor

In questo articolo

Sommario

Questo manoscritto fornisce un metodo innovativo per lo sviluppo di un'interfaccia biologica dei nervi periferici denominata Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI). Questo costrutto chirurgico può amplificare i segnali efferenti motori del nervo periferico associato per facilitare il rilevamento accurato dell'intento motorio e il potenziale controllo dei dispositivi esoscheletrici.

Abstract

Gli esoscheletri robotici hanno recentemente guadagnato consensi nel campo della medicina riabilitativa come modalità promettente per il ripristino funzionale per quegli individui con debolezza delle estremità. Tuttavia, il loro uso rimane in gran parte limitato agli istituti di ricerca, spesso operando come mezzo di supporto statico degli arti poiché i metodi di rilevamento motorio rimangono inaffidabili. Le interfacce nervose periferiche sono sorte come una potenziale soluzione a questa carenza; Tuttavia, a causa delle loro ampiezze intrinsecamente piccole, questi segnali possono essere difficili da distinguere dal rumore di fondo, riducendo la loro precisione complessiva di rilevamento del motore. Poiché le interfacce attuali si basano su materiali abiotici, la rottura intrinseca del materiale può verificarsi insieme alla reazione del tessuto corporeo estraneo nel tempo, influenzando ulteriormente la loro accuratezza. La Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI) è stata progettata per superare queste complicazioni note. Costituito da un segmento di innesto muscolare libero fissato circonferenzialmente a un nervo periferico intatto, il costrutto si rigenera e viene reinnervato dal nervo contenuto nel tempo. Nei ratti, questo costrutto ha dimostrato la capacità di amplificare i potenziali d'azione efferenti motori di un nervo periferico fino a 100 volte il valore normale attraverso la generazione di potenziali d'azione muscolari composti (CMAP). Questa amplificazione del segnale facilita il rilevamento ad alta precisione dell'intento del motore, consentendo potenzialmente un utilizzo affidabile dei dispositivi esoscheletrici.

Introduzione

Solo negli Stati Uniti, circa 130 milioni di persone sono affette da disturbi neuromuscolari e muscoloscheletrici, con un conseguente impatto economico annuale di oltre 800 miliardi di dollari ^1,2. Questo gruppo di disturbi è tipicamente secondario alla patologia all'interno del sistema nervoso, alla giunzione neuromuscolare o all'interno del muscolo stesso³. Nonostante la varietà di origini patologiche, la maggioranza condivide un certo grado di debolezza delle estremità ^1,3. Sfortunatamente, questa debolezza è spesso permanent....