211service.com
Probuzení ochrnutých končetin
Opice s ochrnutou paží může stále uchopit míč, a to díky novému systému navrženému k převodu mozkových signálů do komplexních svalových pohybů v reálném čase. Výzkum prezentovaný na konference Společnosti pro neurovědy v Chicagu tento týden mohla jednoho dne umožnit lidem s poraněním míchy ovládat své vlastní končetiny.
Opice mysli, opice dělej: Převedením elektrických signálů z opičího mozku do svalových kontrakcí pomocí implantovaných elektrod bylo zvíře s ochrnutou paží schopno uchopit míč.
Toto je velký skok vpřed – ukazují opici pomocí schopnosti uměle stáhnout ruku, aby skutečně zvedla míč, říká Krishna Shenoy , neurolog ze Stanfordské univerzity. Myslím, že je to první ukázka kortikálně řízeného elektrického stimulačního systému provádějícího úkol, který by byl nakonec užitečný pro lidského pacienta.
Zatímco poranění míchy brání tomu, aby se elektrické signály mozku dostaly do svalů, lidé paralyzovaní těmito zraněními mají často neporušené nervy a svaly na končetinách. Technika zvaná funkční elektrická stimulace (FES), při které implantované elektrody dodávají elektrický proud ke spuštění svalových kontrakcí, poskytuje způsob, jak tuto smyčku znovu spojit.
Zařízení, která dokážou obnovit funkci rukou a kontrolu močového měchýře některým ochrnutým pacientům, již byla schválena americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv. Pacienti používají zbytkový pohyb svalů k vědomému ovládání těchto systémů – systém, který funguje dobře pro některé aplikace, ale omezuje složitost pohybu, který lze provést. Například zařízení FES umožňuje lidem pokrčit rameny a spustit uchopovací pohyb rukou, ale nemohou ovládat, jak pevně je uchopit.
Nyní, spárováním technologie FES s mozkovými implantáty, se vědci snaží vytvořit intuitivnější systém pro ovládání ochrnutých končetin, takže přemýšlení o pohybu paží nebo uchopení rukou by se automaticky převedlo do vzoru elektrické aktivity potřebné k tomu. hnutí. Je to mnohem přirozenější, a pokud dokážete dekódovat aktivitu v dostatečném množství svalů, můžete pohybovat více klouby současně, říká Robert Kirsch , neurolog z Case Western Reserve University v Clevelandu, OH. Normální pohyb rukou a paží zahrnuje plynulé pohyby více kloubů, spíše než omezené pohyby, které jsou dnes možné.
Christian Ethier, výzkumník v oboru neurovědců Lee Millera laboratoř na Northwestern University v Chicagu prokázala první kroky k tomuto druhu systému u opic. Vědci dali každé opici lokální anestetikum, aby dočasně zablokovali funkci ohybačových nervů v její paži. Zvířatům byly do paží implantovány dráty, které dodávaly elektrický stimul do svalů, podobně jako by to dělaly nervy, a do mozku byla implantována řada elektrod pro záznam elektrické aktivity z motorické kůry.
Opice byly nejprve vycvičeny, aby zvedly míč a vložily ho do díry, aby získaly odměnu. Pomocí mozkové aktivity zaznamenané během tohoto úkolu vyvinuli vědci specializované dekodérové algoritmy, které by převedly mozkovou aktivitu spojenou s pohybem různých svalů na elektrický stimul pro každý z pěti flexorových svalů na paži v reálném čase, což by opici umožnilo uchopit ruku. . Můžeme předvídat, co se opice snaží dělat se svými svaly, a podle toho stimulovat svaly, což v podstatě dává opici dobrovolnou kontrolu prostřednictvím počítače místo jejích nervů, říká Miller.
Normálně, s ochrnutou paží, měla zvířata problém s dokončením úkolu, když se míč dostal do cíle jen asi 10 procent času, ve srovnání se 100 procenty před nervovým blokem. Zapnutí mozkem řízeného FES systému zvýšilo úspěšnost paralyzovaných zvířat na 77 procent. Vědci také ukázali, že dokážou přimět opici, aby pohybovala zápěstím v různých směrech – nyní chtějí zjistit, zda mohou výsledky zopakovat se svaly, které řídí dosah.
Lidské testy nemusí být daleko. Kortikální implantáty se již testují na lidských pacientech. Kirsch z Case Western na konferenci představil výzkum, který ukázal, že ochrnutý pacient s kortikálním implantátem může ovládat sofistikovaný počítačový model paže. Kirsch a Miller zatím nemají konkrétní časovou osu, jak dát tyto dva systémy – kortikální implantát a implantát FES – dohromady u lidí, ale Miller říká, že by to bylo technicky proveditelné za rok. Chtějí však počkat, až vědci vyvinou bezdrátovou a plně implantovatelnou verzi kortikálního implantátu, který je nyní na Brownově univerzitě nedostatečný. Současné implantáty mají vyčnívající dráty, které zvyšují riziko infekce a omezují pohyblivost pacientů.
Předchozí výzkum ukázal, že pacienti s těmito implantáty mohou ovládat počítačový kurzor a provádět některé pohyby pomocí robotické paže. Zatímco tento výzkum je vzrušující pro lidi, kterým byly amputovány končetiny, nový výzkum je použitelný pro pacienty s poraněním míchy. Mnoho lidí by silně preferovalo nějakým způsobem oživit svou paži, říká Shenoy. Pro tuto populaci pacientů je to velký krok vpřed.