旨在幫助患者繞過神經損傷的傳統神經修復裝置通常是剛性和耗電的。現在，科學家們已經開發出了可伸展的人工神經，它可以幫助癱瘓的老鼠在跑步機上跑步和踢球，同時消耗的能量不到典型微處理器的百分之一。科學家們建議，有一天這些人工神經可能會用于人體。

為了幫助因受傷或疾病而遭受神經損傷的患者恢復運動，科學家正在研究神經修復裝置，可以幫助將信號從大腦傳遞到肌肉或神經。然而，首爾國立大學材料科學家，共同-資深作者Tae-Woo Lee表示，這些系統通常面臨一些關鍵限制。

例如，傳統的神經修復系統通常依賴于耗電的外部計算系統。他們通常也會用恒定強度的電脈沖刺激身體，突然增加或減少幅度，“這會導致肌肉劇烈收縮，使患者感到不舒服，”Lee說。

為了幫助產生更自然、舒適的運動，傳統的神經假體系統可以在電刺激的開始和結束期間增加電壓斜坡。然而，Lee說，這涉及到稱為函數發生器的附加設備，這些設備通常是剛性和笨重的，以至于它們不適合人體。

在這項新的研究中，研究人員開發了模擬真實神經的高度可伸縮電子神經。像真正的神經一樣，這些人工神經可以傳遞強度逐漸上升和下降的電信號。這些人工神經假體也僅消耗典型微處理器功率的約1/150。

新裝置由一個可伸縮的有機半導體納米線晶體管組成，該晶體管使用柔軟的彈性水凝膠電極電刺激肌肉。這種生物啟發或“仿生”裝置的作用類似于人工突觸，是連接人體神經元的連接點。

該裝置通過離子凝膠耦合到檢測應變的碳納米管傳感器。這就像一個人工的本體感受器，一個從身體內部接收信號的傳感器，幫助它跟蹤自己的位置和運動。研究人員使用這種人工本體感受器向電子神經提供實時反饋。這有助于防止人工神經過度刺激和過度訓練小鼠腿部肌肉，而無需外部計算機控制運動。

在這項新的研究中，研究人員對麻醉的小鼠進行了實驗，使其肌肉癱瘓，以模擬針對神經的損傷或疾病。他們發現，可以使用人工神經和本體感受器來產生協調、平滑的腿部運動，包括在跑步機上行走，跑步，或踢球。他們還表明，可以使用神經假體，通過從嚙齒動物大腦記錄的電信號來移動老鼠的腿。

“我們的工作是通過仿生電子神經向生物器官傳遞生物神經信號的第一個例子，”Lee說，“通過這項研究，似乎有可能為人類神經損傷提出新的解決方案和策略，如脊髓損傷、周圍神經損傷和神經損傷，如Lou Gehrig病、帕金森病和亨廷頓病。”

除了潛在的醫療應用，“可伸展人工神經的源技術可能應用于各種醫療可穿戴技術，”研究合作者、加州斯坦福大學材料化學家、共同資深作者Zhenan Bao說。