眼睑运动看似自然且瞬间完成,但其背后隐藏着精妙的生物力学机制。近日,加州大学洛杉矶分校的生物医学工程师与眼科专家团队首次绘制出控制眼睑运动的眼轮匝肌(orbicularis oculi)肌肉活动图谱,这项发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)的研究为开发辅助眨眼的神经假体设备提供了关键基础。
研究团队通过微电极植入和超慢速动作捕捉系统,详细记录了志愿者在五种不同动作下的肌肉活动:自发性眨眼(维持眼表润滑)、指令性眨眼、防御性眨眼(快速闭合)、轻柔闭眼(类似睡眠开始)以及强制闭眼(主动紧闭)。实验数据显示,眼轮匝肌的收缩模式远比传统认知复杂——不同区域肌肉会根据动作类型产生精确的时间序列激活,导致眼睑运动呈现多维轨迹而非简单的垂直运动。
该研究通讯作者、UCLA机械与航空工程副教授泰勒·克利特斯(Tyler Clites)指出:"这种由神经系统精确调控的肌肉激活模式,是人类眼睑运动控制领域前所未见的发现。通过高精度记录获得的肌肉活动图谱,我们已掌握开发神经假体所需的完整技术参数,包括电极植入位置、刺激时序控制以及脉冲强度设置等关键要素。"
临床应用方面,研究合著者丹尼尔·鲁特曼(Daniel Rootman)博士强调,该技术对因中风、肿瘤或外伤导致眼睑功能障碍的患者具有重大意义。目前临床已知可通过电脉冲刺激眼轮匝肌实现闭眼动作,但此前缺乏精确的控制参数。新研究成果为神经假体设备的临床测试提供了完整技术框架,未来有望通过精确模拟自然眨眼机制,有效预防角膜干燥和视力损伤。
研究团队下一步将基于该肌肉图谱优化神经假体原型,并计划开展面瘫患者的临床试验。第一作者金俊永(Jinyoung Kim)表示:"理解眼睑运动机制不仅对假体刺激模式设计至关重要,同时也能提升相关疾病的诊断水平。我们期待通过这项突破填补临床治疗空白,切实改善患者生活质量。"
该研究获得加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院与David Geffen医学院联合资助,相关技术参数已通过DOI:10.1073/pnas.2508058122开放获取。
【全文结束】


