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長庚團隊讓神經義肢也能有痛覺與反射動作

中央社/ 2022.07.07 17:00

長庚團隊讓神經義肢也能有痛覺與反射動作

(中央社訊息服務20220707 17:00:41)目前的義肢仍無法體現人體真實的運動能力與感覺反饋,長庚大學與林口長庚紀念醫院經過多年合作獲得突破性的發展,證實石墨烯電晶體內的特殊介電層能促成神經義肢(Neuroprosthetics)立即感知危險並產生反射行為同時進行痛覺調控。這項研究成果近期發表於國際期刊「先進材料」(Advanced Materials),對未來神經義肢與神經重建技術開拓了嶄新的方向。

為了使神經義肢能夠更加貼近實際人體的特徵,長庚大學電子系王哲麒教授、工學院賴朝松院長,攜手林口長庚紀念醫院神經內科部張國軒醫師、吳秀娟主任,帶領電子系博士班學生符翊、詹雅庭與江怡霈,透過石墨烯電晶體內特殊的介電層電荷調控行為以及高分子仿生肌肉,成功模擬出人類脊髓神經的反射運動與痛覺調變功能,未來能讓使用神經義肢的患者在面對危險時,可以立刻產生警覺與反射動作,達到對傷害預警的效果。

王哲麒教授表示,神經義肢的技術正蓬勃發展中,與傳統義肢不同,神經義肢植入人體神經受損處,透過人工電刺激以取代受損神經的作用,而能夠使義肢具有感覺、運動與認知等功能,但是進一步的反射行為、痛覺感知以及神經之間的互動行為等,卻仍有待進一步深入探討。

根據世界衛生組織(WHO)在2017年的調查,全世界約有超過5,700萬的人們因遭逢意外或受到疾病影響而截肢,需要依靠義肢輔助行動。研究團隊在與臨床醫師討論時得知,肢體的反射行為、痛覺感知與反饋對人類來說十分重要,否則就有可能遭受危險而不自知。因此研究團隊著手由此方向深入探究,經過六年的努力,近期終於獲得突破性的發現與成果。

王哲麒教授解釋,人類的神經元是透過微小的電訊號來傳遞訊息,研究團隊證實具有特殊介電層電荷的石墨烯電晶體能夠透過正電壓訊號,來實現痛覺調控的目標,並在高分子仿生肌肉上模擬出反射行為。舉例來說,當神經義肢使用者在碰到滾燙或尖銳物品時,不只是接收到熱或壓力的感受,還會感知到燙、痛而及時產生反射動作來遠離危險,並進行痛覺抑制以避免身體因疼痛而造成其他傷害。

此項研究成果在今年5月底發表於國際頂尖期刊「先進材料」,在超過上百期刊的奈米科學與奈米技術(Nanoscience&Nanotechnology)領域中排名第三,影響係數(Impact Factor)達32.086。賴朝松院長表示,研究團隊成員中的三名博士生,都是長庚大學電子系從大學部一路栽培至博士班的學生,能有此開創性且具貢獻的研究成果,每位成員的努力皆功不可沒,也顯示長庚大學具有培育國際一流人才的能力,值得喝采。

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