Chirurgia eksperymentalna ma na celu ożywienie sparaliżowanej kończyny

Lekarze podejmą próbę reanimacji sparaliżowanej ręki pacjenta za pomocą pionierskiej operacji, która polega na przechwytywaniu sygnałów z jego mózgu i przywracaniu ruchu za pomocą delikatnej sieci elektroniki połączonej z mięśniami ramion.

Wirtualne ramię : W ostatnim ważnym kroku w kierunku reanimacji prawdziwego ramienia pacjent z wszczepionym chipem mózgowym kontrolował komputerowy model ramienia, myśląc o jego ruchu.

Nowy projekt, planowany przez naukowców z Case Western Reserve University, będzie wykorzystywał interfejs mózgowo-komputerowy (BCI), opracowany przez naukowców z Brown University i Massachusetts General Hospital. W poprzednich pracach pacjenci używali tego interfejsu do kontrolowania kursora komputera lub ramienia robota (patrz Układ mózgowy pomaga kwadryplegikom poruszać ramionami robota swoimi myślami, a pacjent wykazuje nową zręczność za pomocą ramienia robota sterowanego umysłem).

Nowy wysiłek będzie wykorzystywał tę samą technologię do kontrolowania rzeczywistego ramienia pacjenta za pomocą systemu zwanego funkcjonalną stymulacją elektryczną (FES). To wyśle ​​sygnały aż do 18 mięśni ramion i dłoni, aby umożliwić osobie sparaliżowanej od szyi w dół wykonywanie takich zadań, jak jedzenie i drapanie nosa.

To będzie pierwszy raz, kiedy ktoś podłączy BCI do urządzenia FES, mówi Daniel Moran , neurolog z Washington University w St. Louis, który nie jest zaangażowany w badanie. Składają cały system. Według badaczy z Case Western operacja może nastąpić w tym lub przyszłym roku.

Technologia aktywacji mięśni była od dawna testowana na sparaliżowanych pacjentach. Różni pacjenci mogą robić takie rzeczy, jak naciśnięcie przycisku, aby aktywować mięśnie w ich inaczej sparaliżowanych nogach, aby umożliwić im stanie, a nawet poruszanie się za pomocą chodzika, wspomaganego przez nogi, które mogą usztywniać się i kołysać do przodu. Jeśli pacjent nie używa rąk, aktywacja sparaliżowanych mięśni może zostać wywołana przez ruchy, które pacjent może kontrolować w ramieniu, policzku lub szyi. Nowy wysiłek będzie wykorzystywał sam mózg do wysyłania tych sygnałów.

Sercem nowego urządzenia jest implant mózgu — mała sonda o średnicy czterech milimetrów z każdej strony z 96 podobnymi do włosów elektrodami, które wnikają na 1,5 milimetra w część kory ruchowej, która kontroluje ruchy ramion. Implant rejestruje impulsy dziesiątek neuronów odpowiadające intencji pacjenta do poruszania się.

W ramach przygotowań do ponownego połączenia prawdziwych mięśni ramion naukowcy wykazali niedawno, że chip mózgowy może kontrolować wirtualną reprezentację tych mięśni ramion. Trwające badanie kliniczne jest znane jako Brama mózgu2 .

Podczas gdy sygnały z mózgu odpowiadają kierunkowi poruszania czymś, algorytm tłumaczy te wyzwalacze na dokładnie skoordynowane skurcze aż 18 mięśni, w oparciu o model ruchów tych mięśni i stopnie swobody ramion.

Pacjent myśli „w górę i w prawo”, a my mamy kontroler, który faktycznie określa prawidłowe aktywacje mięśni, aby poruszać się w tym kierunku, mówi Robert Kirsch, główny badacz projektu, kierownik katedry inżynierii biomedycznej w Case Western i dyrektor wykonawczy. Departamentu Spraw Kombatantów Funkcjonalne Centrum Elektrostymulacji .

Obecna wersja tego modelu obejmuje 29 mięśni, podzielonych na 138 elementów mięśniowych i 11 stawów. Na ekranie pacjent widzi obraz wirtualnego ramienia i pracuje nad generowaniem poleceń mózgowych, które ostatecznie poruszają wirtualnym ramieniem w celu dotknięcia czerwonej plamki, dzięki czemu staje się ona zielona.

Leigh Hochberg, neurolog z Massachusetts General Hospital, profesor inżynierii w Brown i jeden z liderów współpracy badawczej, mówi, że eksperyment na wirtualnym ramieniu, przeprowadzony po raz pierwszy w 2011 roku, był kluczowym kamieniem milowym. To, wraz z ostatnimi postępami w eksperymentach na małpach, zachęca, że ​​cel jest w zasięgu ręki, aby połączyć chipy mózgowe ze stymulacją mięśni, mówi.

Nawet jeśli się powiedzie, samo reanimowane ramię nadal nie będzie w stanie przekazać noszącemu wrażenia dotyku. W osobnym zestawie eksperymentów naukowcy z Case Western testują system, który zapewnia zmysł dotyku dzięki czujnikom na protezie dłoni podłączonej do nerwów obwodowych w ramieniu pacjenta (patrz Sztuczna ręka z prawdziwymi odczuciami). Teoretycznie takie sensoryczne informacje zwrotne mogłyby być również dostarczane bezpośrednio do mózgu.

Neuronaukowcy pracują również nad lepszymi implantami mózgowymi. Obecne interfejsy używane w projekcie zasadniczo zbierają czyjąś intencję, aby poruszyć coś w określonym kierunku. Wersje nowej generacji faktycznie zbierałyby bardziej naturalne polecenia ruchu mięśni z samego mózgu – jest to trudniejsze zadanie, ale obiecujące bardziej realistyczną kontrolę. Innym opracowywanym postępem jest bezprzewodowy interfejs między złączem czaszki a systemem, który odczytuje i interpretuje sygnały z mózgu (patrz Bezprzewodowy interfejs komputera mózgowego).

ukryć