Sparaliżowane szczury robią 1000 kroków zaaranżowanych przez komputer

To dziwny widok: sparaliżowany szczur poruszający się na tylnych łapach w precyzyjnym rytmie, kontrolowany przez komputer.

Sparaliżowany szczur stawia kroki. Jest pod kontrolą komputera przymocowanego do rdzenia kręgowego.

To trochę Frankenstein, mówi Gregoire Courtine , neurolog z École Polytechnique Fédérale w Lozannie w Szwajcarii, który w artykule opublikowanym wczoraj w Nauka Medycyna Translacyjna opisuje swoje wysiłki, aby użyć elektroniki do przywrócenia płynnych, realistycznych ruchów sparaliżowanym zwierzętom.

Badanie jest częścią szerszego wysiłku, który ma pomóc sparaliżowanym ludziom w ponownym chodzeniu poprzez załączenie ich rdzenia kręgowego impulsami elektrycznymi. Sygnały te mogą zastąpić polecenia normalnie wysyłane przez mózg, ale przerywane w przypadku uszkodzenia rdzenia kręgowego.

Tej wiosny lekarze i badacze z University of Louisville i University of California w Los Angeles powiedzieli czterech mężczyzn którzy byli sparaliżowani od lat, byli w stanie odzyskać ruch w nogach, biodrach, kostkach i palcach u nóg, a nawet stanąć za pomocą wszczepionego urządzenia stymulującego ich rdzeń kręgowy, techniki zwanej stymulacją zewnątrzoponową.

Chociaż osiągnięte ruchy były skromne – i nie pozwalały mężczyznom na samodzielne chodzenie – technologia pozwalała im ćwiczyć nogi, co wydawało się przywracać pewien ruch.

Jak dotąd ograniczeniem stymulacji zewnątrzoponowej jest to, że impulsy elektryczne nie wytwarzają złożonego, skoordynowanego ruchu. Również w testach na ludziach stymulatory są sterowane ręcznie. W tym miejscu może wejść do gry system opracowany przez Courtine. Filmując szczury podczas chodzenia, szwajcarski zespół przekazał obrazy do oprogramowania, które szybko dostosowało wzorzec stymulacji, aby wytworzyć zsynchronizowane ruchy krokowe.

Taki system mógłby pomóc człowiekowi w rytmicznym chodzeniu i utrzymaniu równowagi. Im jest lepszy, tym lepiej uwolni stymulowaną jednostkę, aby nie musiała podejmować ciągłych decyzji, mówi V. Reggie Edgerton , fizjolog z UCLA, który przetestował stymulację zewnątrzoponową na pacjentach (patrz sparaliżowany mężczyzna stoi z pomocą stymulacji kręgosłupa).

Aby uzyskać wyniki, szwajcarscy naukowcy przecięli rdzeń kręgowy pół tuzina szczurów, a następnie wszczepili elastyczne elektrody w dolną część ich rdzenia kręgowego. Zwierzęta otrzymały również rodzaj leku znanego jako agonista serotoniny, który według Courtine przygotowuje rdzeń kręgowy do komunikacji z nogami, zdolność, która jest wyczerpana po urazie. Z ciężarem podtrzymywanym przez uprząż szczury umieszczano na bieżni lub na pasie startowym z przeszkodami.

Jest to pierwszy system kontroli w zamkniętej pętli, który może naprawdę regulować ruchy nóg w czasie rzeczywistym, pomimo paraliżu, mówi Courtine. Każdy ze szczurów przeszedł co najmniej tysiąc kolejnych kroków iz powodzeniem pokonywał schody wielkości gryzoni.

Jego zespół ma nadzieję przetestować swoje pomysły na ochotnikach w przyszłym roku. Pomysł polega na użyciu tego w sali rehabilitacyjnej, mówi Courtine, powołując się na dowody, że ćwiczenia rdzenia kręgowego i nóg mogą częściowo przywrócić zerwane połączenia z mózgiem.

Jednak technologia stymulacji zewnątrzoponowej jest wciąż daleka od umożliwienia osobom sparaliżowanym samodzielnego chodzenia. Łowca Peckham , bioinżynier z Case Western Reserve University, mówi, że pacjenci chcą kontrolować własne ruchy, co oznacza, że ​​przyszłe wersje tych systemów muszą zachować równowagę między zautomatyzowanymi procedurami a ruchami wybranymi przez użytkownika.

Courtine mówi, że jego grupa pracuje nad opracowaniem interfejsu mózg-maszyna, takiego jak elektrody wszczepiane w korę ruchową mózgu w celu rejestrowania zamierzonych ruchów, co może ostatecznie umożliwić pacjentom kontrolowanie stymulatora kręgosłupa i ruchu nóg za pomocą ich własne myśli.

ukryć