(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211349186.2 (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 李肖　杨卓为　陈永广　殷志遥　 吴谨　涂细凯　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 詹艺 (51)Int.Cl. A61B 5/375(2021.01) A61B 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种用于受限运动 的植入式脑机接口实验 平台 (57)摘要 一种用于受限运动 的植入式脑机接口实验 平台， 包括： 协同控制模块， 通过微电极提取受限 大鼠的脑部神经元信号， 对神经元信号进行预处 理和特征提取， 将其中所蕴含的运动信息解析处 理， 转换成合适的控制指令， 由树莓派向Ardu ino 传递控制命令， 控制机器鼠同步受限大鼠所做出 的相应动作， 实现受限大鼠与机器鼠之间的运动 控制和传感反馈； 外部控制模块， 所述机器鼠上 安装控制模块， 对不完全脊髓损伤后尚有部分运 动功能的受限大鼠， 利用控制模块对受限大鼠进 行硬膜外脊髓电刺激并结合外部设备进行康复 训练。 本发 明针对受限大鼠在执行动作时可对特 定区域神经元信号， 对信号进行解析记录， 有助 于深入分析受限大鼠神经元活动特性及调控机 制。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115500846 A 2022.12.23 CN 115500846 A 1.一种用于受限运动的植入式脑机 接口实验平台， 其特 征在于， 包括： 协同控制模块， 通过微电极提取受限大鼠的脑部神经元信号并实时记录， 对神经元信 号进行预 处理和特征提取， 将其中所蕴含的运动信息解析 处理， 转换成合适的控制指 令， 由 树莓派向Arduino传递控制命令， 控制机器鼠同步受限大鼠所做出的相应动作， 并将 机器鼠 的传感信息通过树莓派控制以电刺激模拟反馈给 受限大鼠， 实现受限大鼠与机器鼠之 间的 运动控制和传感反馈； 外部控制模块， 所述机器鼠上安装控制模块， 对不完全脊髓损伤后尚有部分运动功能 的受限大鼠， 利用控制模块对受限大鼠进 行硬膜外脊髓电刺激并结合外部 设备进行康复训 练， 实时记录受 限大鼠所产生的神经元信号， 并评估受损情况下神经元 的活动特性及其调 控机制。 2.根据权利要求1所述的一种用于受限运动的植入式脑机接口实验平台， 其特征在于， 对受限大鼠脑部神经元信号的运动意图解码， 以控制机器鼠以受限大鼠的运动意图同步作 出相应的头 部动作、 上肢动作和下肢动作。 3.根据权利要求2所述的一种用于受限运动的植入式脑机接口实验平台， 其特征在于， 所述机器鼠包括头部组件、 肢体组件和躯干结构， 所述头部组件设置舵机实现机器鼠头部 的摆动、 伸缩； 所述肢体组件包括腿部结构和尾部结构， 所述腿部结构的腿部和肩部 分别设 置有舵机进行控制， 当机器鼠收到Arduino控制指令时， 肩部和腿部的舵机进行旋转， 带动 大腿和小腿摆动， 实现腿部结构的行走、 奔跑动作， 所述尾部结构设置舵机控制机器鼠尾巴 的摆动， 保持机器鼠在动作过程中的平衡； 所述躯干结构包括上支架和下支架， 所述上支架 用于固定树莓派， 在上支架的两侧分别 设有树莓派线路的连接通道， 所述下支架是用于固 定Arduino， 在两侧分别留有A rduino线路的连接通道。 4.根据权利要求1所述的一种用于受限运动的植入式脑机接口实验平台， 其特征在于， 所述外部设备包括减重支持装置和跑台训练装置， 所述减重支持装置可根据受限大鼠损伤 情况提供不同的减重值， 并对受 限大鼠进行固定； 所述跑台训练装置可放置于减重支持装 置的正下 方， 以提供受限大鼠在一定 速度的跑步训练。 5.根据权利要求4所述的一种用于受限运动的植入式脑机接口实验平台， 其特征在于， 所述跑台训练装置的跑步速度为0～15 cm/s。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115500846 A 2一种用于受限运动的植入式脑机 接口实验平台 技术领域 [0001]本发明涉及脑机接口实验平台技术领域， 尤其涉及一种用于受限运动的植入式脑 机接口实验平台。 背景技术 [0002]每年由于意外事故或者神经系统疾病被迫选择截肢的患者数量逐渐增加， 对患者 不同程度的运动功能障碍， 严重影响了患者的生活质量和 幸福感， 也给个人和家庭带来了 沉重的负担， 因此寻找到有效途径帮助截肢患者一定程度上恢复肢体的运动功能， 提高他 们生活自主能力是一项对个人和社会都具有重大意 义的工作。 [0003]截肢患者运动功能的重建是一个长期研究探索过程， 由于病损神经细胞难以再 生， 目前从存粹的生物医学角度无法对受损的神经组织进行直接修复， 所以通过安装假肢 来帮助重 建运动功能是重要的研究方向之一。 S hoham等人研究发现瘫痪多年的脊髓损伤患 者在尝试肢体运动时， 大脑皮层运动区神经元保持着与正常人大脑类似的激活。 人体协调 的肢体运动是在神经系统的精确调控下进 行的， 理解其中神经调控机制需要进行长时间的 动物实验探索， 之后才能用于临床 研究， 由于大鼠在身体构 造及对药物反应和人类接近， 在 研究时往 往使用大鼠作为实验研究对象。 [0004]随着植入式脑机接 口技术的不断发展， 所获取的大脑信息更为准确， 能够直接反 应大脑活动特点。 2014年， 浙江大学脑机接口团队率先实现在人体上进行植入式脑机接口 实验， 一名癫痫患者观察屏幕 “剪刀， 石头， 布 ”示意图的同时， 一边用手指完成与屏幕同样 的动作， 在病床旁的机械手能根据实时解码的大脑信号形成的控制指 令基本同步病人的手 指活动。 目前， 并没有一款适用于生物鼠完成此类神经接口实验的研究平台， 市面上机器鼠 整体结构灵活性不够， 大多用于符合其生物特点的工作， 例如在中国专利202210616143.X 公开中所描述的管道疏通机器鼠， 该专利根据大鼠爪子、 牙齿硬度较大， 十分擅长挖掘、 打 洞的独特结构和生活习性， 进而设计一款用于应用于管道疏通作用的机器鼠。 上述专利利 用大鼠生物特点， 解决了管道疏通装置作用过程费时费力的问题， 但是并不能满足神经接 口实验中对机器鼠自由度的要求。 发明内容 [0005]为解决上述问题， 本发明提出一种用于受限运动的植入式脑机接口实验平台， 具 体技术方案为： [0006]一种用于受限运动的植入式脑机 接口实验平台， 包括： [0007]协同控制模块， 通过微电极提取受限大鼠的脑部神经元信号并实时记录， 对神经 元信号进行预处理和特征提取， 将其中所蕴含的运动信息解析处理， 转换成合适的控制指 令， 由树莓派向Arduino传递控制命令， 控制机器鼠同步受限大鼠所做出的相应动作， 并将 机器鼠的传感信息通过树莓派控制以电刺激模拟反馈给 受限大鼠， 实现受限大鼠与机器鼠 之间的运动控制和传感反馈；说　明　书 1/4 页 3 CN 115500846 A 3