Критический обзор интерфейсов с периферической нервной системой для управления нейропротезами и гибридными бионическими системами

Значительные научные и технологические усилия направлены на разработку нейропротезов и гибридных бионических систем, соединяющих нервную систему человека с электронными или роботизированными протезами, главным образом для восстановления двигательных и сенсорных функций у пациентов с инвалидностью. В ряде нейропротезов для нервно-мышечной стимуляции и регистрации сигналов используются интерфейсы с периферическими нервами или мышцами. В настоящем обзоре критически рассматриваются доступные периферические интерфейсы и прослеживается их путь от исследований до клинического применения для управления искусственными и роботизированными протезами. В первом разделе рассматриваются различные типы неинвазивных и инвазивных электродов, включая поверхностные и мышечные электроды, которые регистрируют ЭМГ-сигналы от расположенных под ними или имплантированных мышц и стимулируют их. Экстраневральные электроды, такие как манжеточные и эпиневральные, обеспечивают одновременный контакт со множеством аксонов нерва, тогда как внутрифасцикулярные, проникающие и регенеративные электроды могут контактировать с небольшими группами аксонов внутри нервного пучка. Также рассматриваются биологические, технологические и материаловедческие аспекты, связанные с конструкцией электродов и повреждением тканей. В последнем разделе анализируются различные стратегии использования информации, регистрируемой периферическими интерфейсами, а также современное состояние систем управления нейропротезами и гибридными бионическими системами.