Paralizie și chirurgie by-pass de creier
Cuprins:
- Înainte de aceasta, oamenii de știință au tratat un număr de persoane cu paralizie, dar cu o singură abordare sau cu cealaltă.
- Pacientul, Ian Burkhart, a suferit un prejudiciu sever al măduvei spinării la vârsta de 19 ani în timpul unui accident de scufundare. Ea la lăsat cu puțină funcție și mișcare în umerii și bicepsul său, și nici o mișcare de la coate la mâini.
- " Această cercetare arată că membrele paralizate pot fi reanimate - prin gândire singură - pentru refacerea mișcărilor coordonate, multi-articulare importante pentru viața de zi cu zi: atingerea, apucarea, mâncarea și băutul ", a declarat el pentru Healthline. "Este o demonstrație de principiu care ridică posibilitatea ca terapii similare să poată găsi în curând adopția în afara clinicii. "
Descoperirea științifică în tehnologia interfeței creier-computer poate oferi o nouă speranță pentru depășirea paraliziei.
În cel mai recent avans, un bărbat cu quadriplegie care a fost paralizat acum opt ani, și-a recăpătat mișcarea funcțională a brațului.
PublicitatePublicitateSa hrănit cu mâna folosind această tehnologie, o premieră în istoria medicală.
Cercetatorii de la Case Western Reserve University din Ohio si-au anuntat rezultatele pe 28 martie in revista britanica medicala The Lancet.
Publicitate Dansul neural al lui Musk, potrivit unui raport din The Wall Street Journal, ar lega direct creierul unei persoane cu un calculator.Între timp, oamenii de știință de la Universitatea de Stat din Ohio (OSU) lucrează cu un pacient cu paralizie și au dezvoltat o tehnologie similară celei de la Case Western.
Citeste mai mult: Exoskeletonii ajuta oamenii cu paralizie sa mearga din nou »
Decodarea semnalelor creierului
Oamenii de stiinta Case Western lucreaza cu Bill Kochevar, un 53 de ani, cu quadriplegie care a fost ranit intr-un accident de bicicleta.
Dr. Robert Kirsch, presedinte al Departamentului Case Western de Inginerie Biomedicala, director executiv al Centrului de stimulare electrica functionala (FES) al Universitatii, este autorul principal al cercetarii.
PublicitatePublicitateEl a numit descoperirea un pas major.
"Am arătat fezabilitatea de a înregistra intențiile de mișcare ale cuiva și apoi de a face propriul lor braț să facă aceste mișcări", a spus el.
El se gândește doar la mutarea brațului și brațul se mișcă așa cum intenționează. Bolu Ajiboye, Universitatea Western Reserve CaseColegul lui Kirsch, Bolu Ajiboye, profesor asistent de inginerie biomedicala la Case Western si cercetator asociat la Centrul Medical Louis Stokes Veterans Administration Cleveland, a explicat cum functioneaza tehnologia.
Publicitate
"Miscarea normala a persoanelor nepermanente se produce deoarece cortexul motor genereaza o comanda de miscare, reprezentata ca semnale electrice, care trece prin maduva spinarii si apoi activeaza muschii corespunzatori", a spus Ajiboye Healthline.O leziune a măduvei spinării împiedică acele impulsuri electrice să ajungă la mușchi, a explicat el, dar comanda inițială de mișcare este încă corect codată în modelele creierului de activitate electrică.
PublicitatePublicitate"Sistemul nostru înregistrează modelul activității electrice prin intermediul implantului cerebral și folosește algoritmi matematici pentru ao decoda într-o comandă de mișcare care este destinată persoanei cu paralizie. Această comandă este transformată într-un model electric de stimulare care este aplicat grupului drept al mușchilor pentru a produce mișcarea. Pentru domnul Kochevar, procesul este neîntrerupt și invizibil. În cuvintele sale, el spune că doar gândește să-și miște brațul și brațul se mișcă așa cum intenționează. "
Ajiboye a subliniat, de asemenea, ce nu este această nouă tehnologie.
Știința a încercat de nenumărate ori să "fixeze" coloana vertebrală deteriorată prin ingineria țesuturilor și să se regenereze fără succes, a spus el.Publicitate
"Ne-ar placea pentru oamenii de stiinta sa gaseasca o cale de a regrow si de a reconecta maduva spinarii folosind terapii celulare, Ajiboye a spus. Cu toate acestea, abordarea noastră actuală folosește tehnologia pentru a eluda leziunea coloanei vertebrale pentru a obține semnalele de mișcare de la creier la setul corect de mușchi pentru a produce mișcarea. "
Alte tehnologii care îi ajută pe oamenii cu paralizie să-și recâștige funcția se limitează în mod obișnuit la dispozitivele pe care le pot controla folosind vocile și mișcările ochilor sau prin mișcarea capului.
PublicitatePublicitateCu toate acestea, niciunul dintre aceste dispozitive nu permite controlul propriului limbaj.
"Dispozitivul nostru permite unui utilizator să-și mute propriul membru doar prin gândire", a explicat Ajiboye. "Vreau să clarific faptul că sistemul nostru eludează leziunea coloanei vertebrale, mai degrabă decât inversarea paraliziei. Fără sistem, utilizatorul ar fi în continuare paralizat și nu există dovezi care să sugereze că utilizarea acestui sistem ar avea drept rezultat reînnoirea spinală sau ar reintroduce capacitatea de a se deplasa fără sistem. "
Citește mai mult: Implantul îi ajută pe cei care paralizează să-și recapete din nou membrele»Cum funcționează tehnologia
De ce este tehnologia Case Western unică?
Sistemul este primul care folosește atât o interfață de computer creier-implant cu un sistem FES pentru a activa electric mușchii paralizați.
Înainte de aceasta, oamenii de știință au tratat un număr de persoane cu paralizie, dar cu o singură abordare sau cu cealaltă.
Kochevar este prima persoană care experimentează această tehnologie combinată.
Ajiboye a spus că multe grupuri de cercetare au folosit sistemul interfeței creierului cu oameni și cu primate neumane. Ambele grupuri de test au putut efectua sarcini cum ar fi mutarea cursoarelor pe ecranul unui computer sau în mișcarea brațelor robotice.
"Centrul nostru FES pentru ultimii 25-30 de ani a implantat sisteme FES la persoanele cu leziuni ale măduvei spinării pentru a restabili o serie de funcții, printre care mișcarea în picioare, mersul pe jos, respirația și mîinile și brațele", a spus el.
Kochevar sa alăturat proiectului de cercetare Case Western în 2014. El a primit implanturile de creier în luna decembrie a aceluiași an.În 2015, Kirsch, Ajiboye și colegii lor au implantat electrozi în mușchii brațului și mâinii.
Kochevar a învățat să-și acționeze semnalele creierului pentru a controla diferite dispozitive.
"La început, l-am pus să urmărească o mișcare virtuală a brațului pe ecranul unui computer, în timp ce el și-a imaginat simultan că făcea aceleași mișcări cu brațul propriu", a spus Ajiboye. Aceasta a generat tipare de activitate neuronală. Apoi am dezvoltat un decodor neural, un algoritm matematic care lega modelele generate de activitatea neurală cu aspectele mișcărilor virtuale ale brațelor. "
Apoi, Kochevar a controlat bratul virtual generând modele de semnale ale creierului, care au fost apoi interpretate de decodorul neural, a spus Ajiboye.
Kochevar sa antrenat pentru a muta bratul virtual cu precizie la țintele specificate în spațiul de lucru. Oamenii de știință și-au cuantificat controlul creierului asupra brațului virtual și au descoperit că a reușit să-l controleze aproape imediat, a spus Ajiboye. În plus, Kochevar a realizat relativ rapid o rată de succes de 95-100% din precizia țintă.
În cele din urmă, oamenii de știință au încercat Kochevar să-și mute brațul prin stimularea FES într-un proces în două etape.
"Am mutat manual brațul (prin stimulare electrică) și l-am instruit să-și imagineze că el era în controlul mișcărilor brațelor", a spus Ajiboye. Din nou, acest lucru a generat modelele dorite de activitate neuronală, pe care am folosit-o pentru a ne construi și perfecționa decodorul neural. L-am pus să folosească decodorul final neural pentru a comanda mișcările propriului braț, reanimat prin stimulare electrică. El a fost capabil să-și miște imediat brațul așa cum se dorea și sa îmbunătățit treptat cu o utilizare sporită. "
Într-un videoclip lansat de Case Western, Kochevar a spus:" A fost uimitor pentru că m-am gândit să-mi mișc brațul și așa a făcut-o. Aș putea să-l mut și să-l aflu, în sus și în jos. "
De vreme ce Kochevar avea o paralizie pe termen lung, mușchii lui erau inițial slabi și ușor obosiți. A spus Ajiboye.
Pentru a-și construi forța musculară și rezistența la oboseală, echipa "și-a" exercitat "mușchii pentru câteva ore pe zi, folosind stimularea electrică fără sistemul interfeței creierului.
În timp, acest exercițiu stimulat electric a crescut puterea musculară și capacitatea sa de a folosi sistemul mai mult fără oboseală.
Citește mai mult: Omul își recapătă capacitatea de mers pe jos prin folosirea propriilor valuri ale creierului »
Interfețele creierului-calculator
Ca și inovațiile occidentale, inovarea statului Ohio a ajutat un om cu quadriplegie să-și folosească mâna după ani de paralizie.
Echipa de cercetare a fost condusa de Dr. Ali Rezai, profesor de Neurochirurgie si Neuroscience, si director al Centrului de Neuromodulare la Centrul Medical al Universitatii Wexner.
Pacientul, Ian Burkhart, a suferit un prejudiciu sever al măduvei spinării la vârsta de 19 ani în timpul unui accident de scufundare. Ea la lăsat cu puțină funcție și mișcare în umerii și bicepsul său, și nici o mișcare de la coate la mâini.
Echipa noastra a dezvoltat o tehnologie de interfață creier-computer care ocolește măduva spinării deteriorate, permițând unui pacient cum ar fi Ian cu leziuni ale măduvei spinării și quadriplegie și fără funcție a mâinilor sale timp de cinci ani să-și folosească pur și simplu gândurile pentru a-și muta pentru a veni în viață și sub controlul său voluntar ", a declarat Rezai pentru Healthline.
Nick Annetta, din dreapta lui Battelle, urmărește cum Ian Burkhart, în vârstă de 24 de ani, joacă un joc video de chitară folosind mâna lui paralizată. Sursa de Imagine: Universitatea de Stat din Ohio Wexner Medical Center / Battelle
În aprilie 2014, Rezai a implantat un microcip de dimensiunea capului unui radieră cu creion pe suprafața cortexului motor al creierului lui Burkhart. 96 microelectrozi ai cipului au înregistrat arderea neuronilor individuali.
Rezai și colegii săi au dezvoltat sistemul de by-pass neural, care înregistrează și analizează activitatea creierului care are loc atunci când Burkhart intenționează să-și mute mâna.
Aceasta îi permite lui Burkhart să-și mute mâna.
"Implantul cerebral înregistrează și interpretează semnalele creierului legate de gânduri și le leagă de o îmbrăcăminte exterioară cu maneci pentru a-și controla mușchii", a explicat Rezai. Este un sistem de stimulare neuromusculara. Gândurile asociate cu o intenție de mișcare - de exemplu deschiderea mâinii - sunt legate și conectate în milisecunde la mișcarea reală a mâinii funcționale. "
Prima generație a sistemului de îmbrăcăminte și de stimulare a manșetelor externe, a spus el, are până la 160 de electrozi stimulativi" alcătuită din hidrogel super flexibil - o serie de electrozi de înaltă definiție, de înaltă rezoluție, care se potrivesc diferitelor forme și contururi cum ar fi antebrațul. "
Îmbrăcămintea poate fi modelată într-un manșon, o mănușă, o ciorap, pantaloni, centură, bandă de cap și alți factori de formă.
"Este nevoie de o complexitate și o coordonare semnificativă pentru a permite mișcărilor într-o manieră netedă să ridice un agitator pentru a amesteca cafeaua, pentru a folosi o periuță de dinți sau pentru a juca un joc video", a spus el. "Acest algoritm de învățare a mașinii îmbunătățește și perfecționează mișcările de la mișcări aspre și în mișcare, la mișcări mai fluide și mai fluide. "
Citește mai mult: Tehnologia Bionic care ajută la restabilirea controlului asupra mușchilor»
Optimismul pentru viitor
Neurologii observând progresele recente sunt impresionați și optimisti.
Dr. Joseph O'Doherty, un cercetător postdoctoral la Laboratorul Philip Sabes de la Universitatea din California, San Francisco, Centrul pentru Neuroștiințe Integrative, numește aceste progrese recente în tehnologia interfeței creier-computer ". "
" Această cercetare arată că membrele paralizate pot fi reanimate - prin gândire singură - pentru refacerea mișcărilor coordonate, multi-articulare importante pentru viața de zi cu zi: atingerea, apucarea, mâncarea și băutul ", a declarat el pentru Healthline. "Este o demonstrație de principiu care ridică posibilitatea ca terapii similare să poată găsi în curând adopția în afara clinicii. "
Oamenii de stiinta lucreaza la interfete creier-computer, intr-o forma sau alta, de la sfarsitul anilor 1960, a spus el. Câmpul a avansat de la controlul cursorilor de calculator, la deplasarea scaunelor cu rotile și a brațelor robotice, pentru a restabili acum controlul voluntar asupra membrelor.
"Afectarea măduvei spinării afectează adesea simțul atingerii, precum și capacitatea de mișcare", a spus O'Doherty. Restaurarea senzațiilor de membre va fi un element crucial al neuroproșelor care permit mișcări fluide și naturale. "Există încă numeroase provocări care trebuie depășite", a adăugat el, "dar acest nou rezultat, combinat cu multe progrese în materie de tehnologie fără fir, tehnologia bateriilor, știința materialelor și multe altele, mă face foarte optimist în ceea ce privește dispozitivele neuroprotetice de restaurare mișcarea și senzația devin disponibile pe scară largă. "
Aceste inovații oferă speranță și potențial de restaurare a mișcării și o mai mare independență față de mulți pacienți care trăiesc cu paralizie sau alte dizabilități fizice. Dr. Ali Rezai, Universitatea de Stat din Ohio Wexner Medical Center
Rezai a spus că 12 000 de persoane din Statele Unite susțin în fiecare an o leziune a măduvei spinării și 300 000 trăiesc cu astfel de leziuni cauzate de accidentele auto, traumele, leziunile sportive, și cade.
Mai puțin de 1 la sută ajung la recuperare completă și majoritatea au deficite care se bazează pe diferite tehnologii de asistență și adaptare pentru a oferi un grad limitat de independență.
"Aceste inovații oferă speranță și potențial de restabilire a mișcării și o mai mare independență față de mulți pacienți care trăiesc cu paralizie sau alte dizabilități fizice", a declarat Rezai. In plus fata de imbunatatiri motorii, aceasta tehnologie are implicatii potentiale pentru cei cu deficite senzoriale, durere cronica, vorbire, accident vascular cerebral, cognitive, anxietate, si implicatii comportamentale. "
Rezai a spus că speră că în curând cei cu dizabilități fizice, senzoriale, cognitive și alte persoane vor avea șansa să fie mai funcționali, să aibă mai multă independență și o calitate mai bună a vieții."Scopul nostru este de a face această tehnologie mai puțin invazivă, de a reduce dimensiunea dispozitivului, de a miniaturiza senzorii, de a face sistemul fără fir și de a oferi sistemul acasă, nu în laborator", a spus el.
Echipa Case Western se străduiește, de asemenea, să avanseze din punct de vedere tehnologic.
"Trebuie să dezvoltăm o interfață wireless a creierului pentru a înlocui cablul care conectează utilizatorul cu un set de computere de înregistrare", a spus Ajiboye. Avem nevoie de imbunatatirea implantului cerebral pentru longevitate, pentru a creste numarul de neuroni putem sa inregistrati si pentru a dezvolta o interfata cerebrala pe deplin implantat si sistemul functional de stimulare electrica. „
