Halvaus ja aivojen ohitusleikkaus

Tieteelliset läpimurrot aivojen ja tietokoneen rajapintateknologiassa voivat tarjota uutta toivoa lamaannuksen voittamiseksi.

Viimeisimmän etukäteen, mies, jolla on nelipäälija, joka oli halvaantunut kahdeksan vuotta sitten, sai takaisin toiminnonsa.

MainosMainos

Hän ruokkiutui kädellään käyttäen tätä tekniikkaa, joka oli ensimmäinen lääketieteellisessä historiassa.

Ohioissa sijaitsevan Case Western Reservein yliopiston tutkijat ilmoittivat havainnoistaan ​​28. maaliskuuta British Lancet -lehdessä.

Mainos

Muskin "Neuraalinen pitsi", Wall Street Journalin raportin mukaan, yhdistäisi henkilön aivot suoraan tietokoneen kanssa.

Sitä vastoin Ohio State Universityn (OSU) tutkijat työskentelevät potilaan kanssa, jotka ovat halvaantuneet ja ovat kehittäneet samanlaisen tekniikan kuin Case Western.

Lue lisää: Exoskeletonit auttavat halvaantuneita ihmisiä kävelemään jälleen »

Aivosignaalien dekoodaus

Case Western-tutkijat ovat työskennelleet Bill Kochevarin kanssa, joka oli 53-vuotias polkupyöräonnettomuudessa loukkaantunut quadriplegia.

Tutkijat istuttivat neuroprostesiin, joka dekoodasi aivosignaalejaan ja välitti heidät antureihin käsivarteensa, mikä auttoi häntä palauttamaan liikkeensä kädessään ja kädessään.

Robert Kirsch, PhD, Case Länsi-lääketieteen laitoksen osastopäällikkö, yliopiston toimintakyvyn stimulaatiokeskuksen (FES) keskuksen johtajan johtaja, on tutkimuksen johtava kirjailija.

MainosMainos

Hän kutsui läpimurtoa merkittäväksi askeleeksi.

"Olemme osoittaneet, että on mahdollista tallentaa joku liikkeen tarkoitus ja sitten tehdä oma käsiään tekemään nämä liikkeet", hän sanoi.

Hän vain ajattelee liikuttaessaan kätensä ja käsi liikkuu, kun hän aikoo. Bolu Ajiboye, Case Western Reserve University

Kirschin kollega Bilu Ajiboye, lääketieteellisen apulaisprofessori Case Westernin ja Louis Stokes Cleveland Veterans Administrationin lääketieteellisen keskuksen tutkija selvitti, miten tekniikka toimii.

Mainos

"Normaali liikkuvuus häikäilemättömissä henkilöissä tapahtuu siksi, että moottorin aivokuori luo selkäydinnesteen läpi kulkevan sähkökäskyn, joka aktivoi asianmukaiset lihakset", Ajiboye kertoi Healthline.

Selkäydinvamma estää näiden sähköimpulssien pääsyn lihaksiin, hän selitti, mutta alkuperäinen liikekomento on edelleen koodattu oikein aivojen sähkötoimintojen kuvioissa.

AdvertisementAdvertisement

"Järjestelmämme tallentaa sähkötoiminnan kuvion aivojen implantaatin avulla ja käyttää matemaattisia algoritmeja dekoodaamaan sen liikkeen käskyksi, jonka halvaantunut henkilö on tarkoitettu. Tämä käsky muunnetaan sähköiseksi stimulaatiokuvaksi, jota sovelletaan oikeaan liharyhmään liikkeen tuottamiseksi. Herra Kochewarille prosessi on saumatonta ja näkymätöntä. Hänen sanojensa mukaan hän vain ajattelee liikuttaessaan kätensä ja käsi liikkuu, kun hän aikoo. "

Ajiboye myös huomautti, mitä tämä uusi teknologia ei ole.

Tiede on yrittänyt monta kertaa "korjata" vaurioituneen selkärangan kudosteknologian avulla ja kasvaa uudestaan ​​ilman menestystä, hän sanoi.

Mainos

"Me rakastamme, että tutkijat löytävät keinon regeneroida ja yhdistää selkäydin soluterapialla", Ajiboye sanoi. "Nykyinen lähestymistapa kuitenkin käyttää tekniikkaa selkäydinvaurion kiertämiseksi saadakseen liikkeen signaalit aivasta oikeaan lihaksistoon liikkeen tuottamiseksi. "

Muut teknologiat, jotka auttavat lamaannuttavia ihmisiä palaamaan toimintaansa, ovat tyypillisesti vain laitteita, joita he voivat hallita äänen ja silmänliikkeiden avulla tai liikuttaen päätään.

MainosMainos

Mikään näistä laitteista ei kuitenkaan mahdollista hallita omaa raajaansa.

"Laitteen avulla käyttäjä voi liikuttaa omaa raajaansa vain ajattelemalla", Ajiboye selitti. "Haluan tehdä selväksi, että järjestelmämme kiertää selkäydinvahinkoa sen sijaan, että käänsi halvaus. Ilman järjestelmää käyttäjä olisi edelleen halvaantunut, eikä ole näyttöä siitä, että tämän järjestelmän käyttäminen johtaisi lopulta selkärangan uusiutumiseen tai palauttaisi kyvyn liikkua ilman järjestelmää. "

Lue lisää: Implantti auttaa halvaantuneita ihmisiä nauttimaan raajojensa käytöstä.»

Miten tekniikka toimii

Miksi Case Western -tekniikka on ainutlaatuinen?

Järjestelmä on ensimmäinen, joka käyttää sekä aivojen implanttiliitäntää että FES-järjestelmää sähköisesti aktivoimaan halvaantuneita lihaksia.

Ennen tätä tiedemiehet ovat kohdelleet useita halvaantuneita ihmisiä, mutta vain yksi lähestymistapa tai toinen.

Kochevar on ensimmäinen henkilö, joka kokee tämän yhdistetyn teknologian.

Ajiboye sanoi, että monet tutkimusryhmät ovat käyttäneet aivojen rajapintoja ihmisten ja muiden ihmisten kädellisten kanssa. Molemmat testiryhmät pystyivät tekemään tehtäviä, kuten siirtämällä kohdistimia tietokoneen näytölle tai siirtämällä robottia.

"Viimeisen 25-30 vuoden FES-keskuksemme on istuttanut FES-järjestelmät ihmisille, joilla on selkäytimen vammoja, jotta voidaan palauttaa joukko toimintoja, kuten seisomista, kävelyä, hengitystä ja käsi- ja käsivarren liikkeitä", hän sanoi.

Kochevar liittyi Case Länsi -hankkeeseen vuonna 2014. Hän sai aivojen implanttinsa kyseisen vuoden joulukuussa.Vuonna 2015 Kirsch, Ajiboye ja heidän työtoverinsa istuttivat elektrodit käsien ja käsien lihaksissa.

Kochevar oppi aktivoimaan aivosignaalejaan hallitsemaan eri laitteita.

"Ensin olimme häntä katsomassa virtuaalista käsivarsien liikkua tietokoneen näytöllä, samalla kun hän samalla kuvasi tekemään samoja liikkeitä omalla kädellään", Ajiboye sanoi. "Tämä synnytti hermoston toimintaa. Sitten kehitettiin hermosekoitin, matemaattinen algoritmi, joka liittyi hermosäteilyn muodostuneisiin kuvioihin virtuaalisten käsien liikkeiden kanssa. "

Seuraavaksi heillä oli Kochevarin hallita virtuaalista kättä kehittämällä aivosignaaleja, joita neuro-dekooderi tulkasi sitten, Ajiboye sanoi.

Kochevar on koulutettu siirtämään virtuaalisen varren tarkkuudella tiettyihin tavoitteisiin työtilassa. Tutkijat määrittelivät aivojen hallinnan virtuaalisen käden ja havaitsivat, että hän pystyi hallitsemaan sitä lähes välittömästi, Ajiboye sanoi. Lisäksi Kochevar saavutti suhteellisen nopeasti 95-100 prosentin onnistumistason tavoitetarkkuudesta.

Lopuksi tiedemiehet olivat Kochevari yrittäneet siirtää kätensä FES-stimulaation kautta kaksivaiheisessa prosessissa.

"Manuaalisesti siirsimme hänen käsivartensa (sähköisen stimulaation kautta) ja opastimme häntä kuvittelemaan, että hänellä oli käsivarren liikkeitä", Ajiboye sanoi. "Jälleen tämä auttoi generoimaan toivottuja hermoston aktiviteettejä, joita käytimme rakennettaessa ja tarkentamassa hermo-dekooderiamme. Meillä oli hänet käyttää lopullista hermosekoittajaa käskemään omaa käsivartensa liikkeitä, jotka elävät sähköistämisen kautta. Hän pystyi välittömästi liikuttamaan käsivartensa halutulla tavalla, ja hän on asteittain parantunut lisääntyneestä käytöstä. "

Case Westernin julkaisemassa videossa Kochevar sanoi:" Se oli hämmästyttävää, koska ajattelin liikuttaa kättäni ja se tapahtui. Voisin siirtää sen sisään ja ulos, ylös ja alas. "

Koska Kochewarilla oli pitkään jatkunut halvaus, hänen lihakset olivat aluksi heikkoja ja helposti väsyneitä. Ajiboye sanoi.

Rakentaakseen lihasvoimaa ja vastustuskykyään väsymykseen, joukkue "harjoitti" lihaksiaan useita tunteja päivässä käyttäen sähköistä stimulaatiota ilman aivojen rajapintajärjestelmää.

Ajan mittaan tämä sähköisesti stimuloiva liikunta lisäsi lihasvoimaa ja kykyä käyttää järjestelmää pidempään ilman väsymistä.

Lue lisää: Mies saa kävelytekniikan omilla aivoillaan. »

Brain-computer interfaces

Samoin kuin Case Westernin innovaatiot, Ohiossa sijaitseva valtion innovaatio auttoi miestä, jolla on quadriplegia,.

Tutkimusryhmää johti Dr. Ali Rezai, neurokirurgian professori ja neurotieteiden professori sekä Neuromodulointikeskuksen johtaja yliopiston Wexner Medical Centerissä.

Potilas, Ian Burkhart, kärsi vakavan selkäydinvamman 19-vuotiaana sukellusonnettomuuden aikana. Se jätti hänelle pienen toiminnon ja liikkeen hartioihin ja hauisihinsä eikä mitään liikettä hänen kyynärpäissään käsiinsä.

"Tiimimme on kehittänyt aivojen ja tietokoneiden välisen rajapintateknologian, joka ohittaa vahingoittuneen selkäydin, antaen potilaan, kuten Ianin, selkäydinvamman ja quadriplegian, eikä hänen käsiensa toimintaa viiden vuoden ajan yksinkertaisesti käyttää hänen ajatuksiaan liikuttaa hänen eloton käsi elävänä ja hänen tahdonvastaisen valvonnansa alla ", Rezai kertoi Healthline.

Nick Annetta, oikein, Battellen, katselee, sillä Ian Burkhart, 24, soittaa kitaraa videopelissä käyttäen halvaantunutta kättä. Kuvan lähde: Ohio State University Wexner Medical Center / Battelle

Huhtikuussa 2014 Rezai implantoi mikrosirun kynänpyyhkimen pään koko Burkhartin aivokuoren pinnalle. Sirun 96 mikroelektrodia tallensi yksittäisten hermosolujen polttamisen.

Rezai ja hänen kollegansa kehittivät neuraalisen ohitusjärjestelmän, joka kirjaa ja analysoi aivotoimintaa, kun Burkhart aikoo siirtää kättä.

Kun vahingoittunut selkäydin ja vahingoittunut yhteys ohittivat aivojen ja lihaksen hermot, järjestelmä yhdistää Burkhartin aivosignaalin ulkoiseen vaatehattuun, Rezai sanoi.

Tämä mahdollistaa Burkhartin siirtämisen.

"Aivojen implantti kirjaa ja tulkitsee aivojen signaaleja, jotka liittyvät ajatuksiin, ja liittää ne ulkoiseen kulutettavaan hihanvaatetukseen, joka hallitsee lihaksiaan", Rezai selitti. "Se on neuromuskulaarinen stimulaatiojärjestelmä. Ajatukset, jotka liittyvät liikkeelle - esimerkiksi käden avaaminen - liitetään yhteen ja liitetään millisekunteina todellisen toiminnallisen kädensiirtoon. "

Ensimmäisen sukupolven ulkoisen pukeutuvan hihan vaate- ja stimulaatiosysteemissä on jopa 160 stimuloivaa elektrodia", jotka koostuvat erittäin joustavasta hydrogeelistä ", joka koostuu teräväpiirteisestä, korkean resoluution elektrodista, jotka ovat erilaisten muotojen mukaisia ja ääriviivat kuten kyynärvarren. "

Vaate voidaan muotoilla holkiksi, käsineeksi, sukkaksi, housuiksi, vyölle, päänauhalle ja muille muotokertoimille.

"Merkittävää monimutkaisuutta ja yhteensovittamista tarvitaan, jotta sileät liikkeet saataisiin sekoittimeen sekoittamaan kahvia, käyttää hammasharjaa tai pelata videopeliä", hän sanoi. "Tämä koneen oppimisalgoritmi parantaa ja jalostaa liikkeet karkeista ja kimmoisista liikkeistä tasaisemmiksi ja tasaisemmiksi liikkeiksi. "

Lue lisää: Bionic-teknologia, joka auttaa palauttamaan lihaksen säätelyä»

Optimismi tulevaisuuteen

Neurotieteilijät, jotka ovat havainneet viimeaikaisia ​​läpimurtoja, ovat vaikuttuneita ja optimistisia.

Joseph O'Doherty, pro gradu -tutkija Kalifornian yliopistossa Philip Sabes Labissa, San Franciscon integraatiokeskuksen integroiva neurotieteet, kutsuu äskeiset edistysaskeleet aivojen ja tietokoneiden käyttöliittymäteknologiassa "uraauurtavaa. "

" Tämä tutkimus osoittaa, että halvaantuneita raajoja voidaan uudistaa - pelkästään ajatuksella - palauttamaan koordinoituja, monimuotoisia liikkeitä, jotka ovat tärkeitä päivittäisessä elämässä: saavuttaminen, tarttuminen, syöminen ja juominen ", hän kertoi Healthline. "Se on todisteena periaatteellinen esitys, joka herättää mahdollisuuden, että samankaltaiset hoitomuodot voisivat pian löytää adoptioa klinikan ulkopuolella. "

Tutkijat ovat työskennelleet aivo-tietokoneen rajapinnoissa, joissakin muodoissaan, 1960-luvun lopulta, hän sanoi. Kenttä on edennyt tietokoneiden kohdistimien hallitsemisesta, liikkuvien pyörätuolejen ja robotisoidun käsivarsien hallitsemisesta, nyt vapaaehtoisen ohjausjärjestelmän luomiseksi raajoille.

"Selkäydinvajaus heikentää usein kosketusta ja kykyä liikkua", O'Doherty sanoi. "Kappaleiden palauttaminen on keskeinen osa neuroproteesejä, jotka sallivat nestemäiset ja luonnolliset liikkeet. "

" On vielä monia haasteita voittaa ", hän lisäsi," mutta tämä uusi tulos yhdistettynä monien langattomaan teknologiaan, akkuteknologiaan, materiaalitekniikkaan ja muuhun liittyvään edistymiseen tekee minusta erittäin optimistisen neuroprostesilaitteiden palauttamiseksi liikkuminen ja tunne ovat yleistyneet. "

Nämä innovaatiot tarjoavat toivoa ja mahdollisuuksia liikkumisen palauttamiseen ja lisääntyneen riippumattomuuden monille potilaille, jotka ovat halvaantuneita tai muita fyysisiä vammoja. Dr. Ali Rezai, Ohio State University Wexner Medical Center

Rezai sanoi, että 12 000 ihmistä Yhdysvalloissa ylläpitää vuosittain selkäydinvammaa ja 300 000 ihmistä elää tällaisista vammoista moottoriajoneuvo-onnettomuuksien, trauman, urheiluvammojen, ja laskee.

Alle 1 prosentin saavuttaa täysi elpyminen, ja useimmilla on alijäämiä, jotka perustuvat erilaisiin apuvälineisiin ja sopeutuvaan tekniikkaan, jotka tarjoavat rajoitetun riippumattomuuden.

"Nämä innovaatiot tarjoavat toivoa ja mahdollisuuksia liikkumisen palauttamiseen ja lisääntynyt riippumattomuus monille potilaille, jotka ovat halvaantuneita tai muita fyysisiä vammaisia", Rezai sanoi. "Moottorin parannusten ohella tämä tekniikka voi vaikuttaa potilailla, joilla on aistihalve- lut, krooninen kipu, puhe, aivohalvaus, kognitiiviset, ahdistuneisuus ja käyttäytymiseen liittyvät vaikutukset. "

Rezai sanoi toivovansa, että pian ne, joilla on fyysisiä, aistillisia, kognitiivisia ja muita vammaisia, saavat tilaisuuden olla toimimattomampia, enemmän riippumattomuutta ja parempaa elämänlaatua.

"Tavoitteenamme on tehdä tästä tekniikasta vähemmän invasiivisia, pienentää laitteen kokoa, pienentää antureita, tehdä järjestelmän langattomaksi ja tarjota järjestelmää kotona eikä laboratorion sijasta", hän sanoi.

Case Westernin tiimi pyrkii myös edistämään järjestelmää teknologisesti.

"Meidän on kehitettävä langaton aivoratkaisu korvaamaan kaapeli, joka yhdistää käyttäjän joukkoon tallennustietokoneita", Ajiboye sanoi. "Meidän on parannettava aivojen implanttia pitkäikäisyyteen, lisätä neuroneiden määrää, josta voimme tallentaa ja kehittää täysin implantoidun aivorajapinnan ja toimivan sähköisen stimulaatiojärjestelmän. ”