Sparaliżowane ramię mężczyzny podłączone do odbierania sygnałów mózgowych

Naukowcy z Case Western Reserve University w Ohio twierdzą, że wykorzystali elektronikę do obejścia urazu kręgosłupa sparaliżowanego mężczyzny, co pozwoliło mu na użycie implantu w mózgu do poruszania ramieniem i dłonią.

Sparaliżowany wolontariusz w Ohio kontroluje wirtualną symulację swojego ramienia za pomocą dwóch implantów mózgowych.

Test jest pierwszym przypadkiem, w którym sygnały zebrane w mózgu zostały przekazane bezpośrednio do elektrod umieszczonych w czyimś ramieniu, aby przywrócić ruch, mówi Robert Kirsch, inżynier biomedyczny w Case Western. Kieruje także Centrum Cleveland FES, które rozwija technologie dla osób z paraliżem.

Projekt, opisany dziś na spotkaniu Society for Neuroscience w Chicago, jest krokiem w kierunku bezprzewodowego systemu zdolnego do przesyłania sygnałów mózgowych drogą powietrzną do elektroniki wszytej w kończyny sparaliżowanych osób, przywracając tym samym zdolność do wykonywania prostych codziennych czynności. zadania.

Osoby zaznajomione z wynikami badania stwierdzili, że ruchy ochotnika są nadal szorstkie i nie są dobrze skoordynowane. To nie jest płynny naturalny ruch, tak jakbyś podnosił filiżankę kawy, aby ją wypić, mówi John Donoghue, jeden z liderów BrainGate , konsorcjum, które opracowuje interfejsy mózg-komputer, w skład którego wchodzi zespół Case Western. Ale fakt, że zmusili osobę do kontrolowania własnego ciała, stymulowania mięśni w specyficzny sposób, aby je poruszały, i robi to z małego kawałka mózgu, jest niesamowity.

Macierz elektrod Utah ma 96 silikonowych igieł, które rejestrują impulsy elektryczne neuronów w mózgu.

Wolontariusze zajmujący się badaniami implantów mózgowych poruszali wcześniej kursorami komputerowymi i kontrolowanymi ramionami robotów. W zeszłym roku inny mężczyzna z Ohio z częściowym paraliżem ręki otrzymał implant mózgu i był w stanie: mentalnie otwórz i zamknij rękę za pomocą pasków zewnętrznych elektrod umieszczonych wokół jego przedramienia. Ten wysiłek, nazwany Neurobridge, jest prowadzony przez Ohio State University i Battelle Memorial Institute.

Projekt Case Western idzie o krok dalej, ponieważ nowy wolontariusz ma uraz kręgosłupa, który w ogóle uniemożliwia mu poruszanie rękami. Mary Buckett, rzeczniczka FES Center, powiedziała, że ​​tożsamość uczestnika nie została jeszcze publicznie ujawniona.

Bolu Ajiboye, badacz z Case Western, który przedstawił dziś dane zespołu w Chicago, mówi, że dziewięć miesięcy temu chirurdzy wszczepili do kory ruchowej ochotnika dwie wiązki krzemowych elektrod, zwanych macierzami Utah. To jest część mózgu, w której planowane są ruchy. Przewody z każdej sieci wychodzą z czaszki przez metalowe porty i łączą się z komputerami, które interpretują sygnały.

Aby uzupełnić mostek po urazie rdzenia kręgowego mężczyzny, lekarze włożyli ponad 16 cienkich drutów do prawego ramienia i ręki ochotnika. Impulsy elektryczne wysyłane do tych elektrod powodują kurczenie się różnych mięśni, powodując ruch w barku, łokciu i nadgarstku, podejście znane jako funkcjonalna stymulacja elektryczna lub FES.

Według Kirscha, ochotnik jest w stanie bardzo dokładnie kontrolować komputerową symulację jego uzbrojonego ramienia za pomocą sygnałów mózgowych. Poruszanie prawdziwym ramieniem pod kontrolą mózgu okazało się trudniejsze. Wirtualna konfiguracja jest idealna, robi to, co mówi, ale system FES musi używać jego chronicznie sparaliżowanego ramienia, mówi Kirsch. Powiedział, że mężczyzna był sparaliżowany tak długo, że jego mięśnie są słabe i zanikły.

Elektroda FES służy do stymulacji mięśni i tworzenia ruchu w kończynach sparaliżowanych osób.

Wysiłki zmierzające do połączenia interfejsów mózg-komputer z systemami FES rozpoczęły się 20 lat temu. W eksperymencie z 1998 roku, również w Case Western, wolontariusz o imieniu Jim Jatich użył sygnałów zebranych z czepka EEG, który nosił na głowie, aby uruchomić wczesne urządzenie FES znane jako Freehand, które otwierało i zamykało jego dłoń za pomocą stymulatorów (patrz Mind over Muscles i ponownie sparaliżowany). To urządzenie wymagało jedynie prostego sygnału włączania/wyłączania, który Jatich był w stanie wygenerować poprzez modulację swojej fali EEG.

Implanty umieszczone w kontakcie z korą ruchową mózgu mogą jednak zebrać znacznie bardziej szczegółowe informacje, w tym szacunkowe ruchy kończyn, o których myśli dana osoba. W eksperymentach z użyciem robotycznych ramion niektórym ochotnikom udało się przesunąć i ułożyć przedmioty (patrz Eksperyment myślowy ). Naukowcy próbują teraz ustalić podobną lub lepszą kontrolę nad własnymi kończynami.

Wizja jest taka, że ​​osoba będzie chodzić po pokoju, robiąc normalne rzeczy, mówi Donoghue. Ale to jest wizja, która zawiera wiele kroków, zanim to się stanie.

W przypadku sparaliżowanych osób praktyczne rozwiązanie nie nadejdzie wystarczająco szybko. Ian Burkhart, uczestnik badania w stanie Ohio, mówi, że nadal pracuje z naukowcami trzy dni w tygodniu, ćwicząc podnoszenie mniejszych obiektów. Gdybym mógł zabrać system, którego obecnie używam, do domu, zrobiłbym to w mgnieniu oka, mówi 24-latek, który został ranny w wypadku pływackim. Istnieją ograniczenia, ale łatwo je przewyższać korzyścią, jaką jest możliwość uchwycenia czegoś i przeniesienia.

ukryć