Paraliza i moždana premosna kirurgija
Sadržaj:
- Prije toga, znanstvenici su liječili brojne osobe s paralizom, ali s jednim ili jednim pristupom.
- "Naš tim razvio je tehnologiju sučelja mozga i računala koja zaobilazi oštećenu leđnu moždinu, omogućujući pacijentu kao što je Ian s ozljedom kralježnične moždine i kvadriplegijom i bez funkcije njegovih ruku pet godina kako bi jednostavno iskoristio svoje misli kako bi pomaknuo svoje beživotnu ruku da dođe živ i pod voljnom kontrolom ", rekao je Rezai za Healthline.
- "Ozljede leđne moždine često narušavaju osjećaj dodira, kao i sposobnost premještanja", rekao je O'Doherty. "Vraćanje osjetila udova bit će ključni element neuroprotega koji dopuštaju fluidne i prirodne pokrete. "Još uvijek postoje mnogi izazovi za prevladavanje", dodao je, "ali ovaj novi rezultat, u kombinaciji s mnogim srodnim napretkom u bežičnoj tehnologiji, tehnologiji baterije, znanosti o materijalima i još mnogo toga, čini me vrlo optimistično za neuroprotetike za vraćanje kretanje i senzacija postaju široko dostupni. "
Znanstvena otkrića u tehnologiji sučelja mozga i računala mogu ponuditi nove nade za prevladavanje paralize.
Najnoviji napredak, čovjek s quadriplegijom koji je paraliziran prije osam godina, vratio se funkcionalnom kretanju njegove ruke.
AdvertisementAdvertisementOn se hranio rukom koristeći ovu tehnologiju, prvi u medicinskoj povijesti.
Istraživači na Sveučilištu Case Western Reserve u Ohio objavili su svoje otkriće 28. ožujka u britanskom medicinskom časopisu The Lancet.
Advertisement Muskova "neuralna čipka", prema izvješću u The Wall Street Journalu, povezivat će mozak osobe izravno s računalom.U međuvremenu, znanstvenici na Ohio State University (OSU) rade s pacijentom s paralizom i razvili su tehnologiju sličnu onoj u Case Westernu.
Pročitajte više: Exoskeletons pomažu ljudima s paralizom opet hodaju »
Dekodiranje signala mozga
Case Western znanstvenici rade s Billom Kochevarom, 53-godišnjakom s quadriplegijom koja je ozlijeđena u nesreći s biciklom.
dr. Sc. Robert Kirsch, voditeljica slučaja Zapadni odjel za biomedicinsko inženjerstvo, izvršni direktor Centra za funkcionalnu električnu stimulaciju (FES) Sveučilišta, viši je autor istraživanja.
AdvertisementAdvertisementProzivanje je bio veliki korak.
"Pokazali smo izvedivost snimanja nečije namjere kretanja, a zatim stvaranje vlastite ruke čine one pokrete", rekao je.
On samo misli o pomicanju ruku i ruku se kreće dok namjerava. Bolu Ajiboye, Sveučilište Case Western ReserveKirschov kolega Bolu Ajiboye, docent biomedicinskog inženjerstva na Case Westernu i znanstveni suradnik u medicinskom centru Louis Stokes Cleveland Veterans Administration, objasnio je kako tehnologija radi.
Oglas
"Uobičajeni kretnji u nepovezanim osobama nastaju zbog toga što motorni korteks generira naredbu za kretanje, prikazanu kao električni signali, koji prolaze kroz kičmena moždina, a zatim aktiviraju odgovarajuće mišiće", rekao je Ajiboye za Healthline.Ozljeda leđne moždine spriječava da ti električni impulsi dopiru do mišića, objasnio je, ali izvorna naredba pokreta još uvijek je pravilno kodirana u mozgovnim obrascima električne aktivnosti.
AdvertisementAdvertisement"Naš sustav bilježi uzorak električne aktivnosti kroz implantat mozga i koristi matematičke algoritme da ih dekodira u naredbu pokreta koju namjerava osoba s paralizom. Ta naredba se pretvara u električni uzorak stimulacije koji se primjenjuje na pravu skupinu mišića kako bi se stvorio pokret. Gospodinu Kochevaru taj proces je besprijekoran i nevidljiv. Po njegovim riječima, on kaže da samo misli o pomicanju ruku i pokretima ruku kako namjerava. "
Ajiboye je također istaknuo što ova nova tehnologija nije.
Znanost je pokušala mnogo puta "popraviti" oštećenu kralježnicu kroz inženjerstvo tkiva i ponovni rast bez uspjeha, rekao je.Rekla
"Zainteresirali bismo da znanstvenici pronađu način za ponovno stvaranje i povezivanje kralježnične moždine pomoću staničnih terapija", rekla je Ajiboye. "Međutim, naš trenutni pristup koristi tehnologiju za zaobilaženje ozljede kralježnice kako bi se signalima kretanja iz mozga do desnog mišića stvorio pokret. "
Druge tehnologije koje pomažu ljudima s paralizom da ponovno vrate funkciju obično su ograničene na uređaje kojima mogu kontrolirati upotrebom glasova i pokreta očiju ili pomicanjem glave.
AdvertisementAdvertisementMeđutim, niti jedan od tih uređaja ne dopušta kontrolu vlastitog kraja.
"Naš uređaj dopušta korisniku da pomiče vlastiti dio samo razmišljanja", objasnio je Ajiboye. "Želim jasno naglasiti da naš sustav zaobilazi ozljedu kralježnice, a ne preokrenu paralizu. Bez sustava, korisnik bi i dalje bio paraliziran, a nema dokaza koji bi ukazivali na to da bi korištenje ovog sustava u konačnici moglo dovesti do ponovnog poremećaja kralježnice ili bi ponovno omogućilo premještanje bez sustava. "
Pročitajte više: Implant pomaže ljudima s paralizom da ponovno koriste svoje udove»Kako funkcionira tehnologija
Zašto je tehnologija Case Western jedinstvena?
Sustav je prvi koji koristi sučelje računala s implantatom mozga i FES sustavom za električno aktiviranje paraliziranih mišića.
Prije toga, znanstvenici su liječili brojne osobe s paralizom, ali s jednim ili jednim pristupom.
Kochevar je prva osoba koja doživljava tu kombiniranu tehnologiju.
Ajiboye je rekao da su mnoge istraživačke skupine koristile sustav sučelja mozga s ljudima i s nečovječnim primatima. Oba ispitna skupina uspjele su obavljati zadatke poput pomicanja pokazivača na zaslonu računala ili pomicanja robotskih krakova.
"Naš FES centar za posljednjih 25 do 30 godina implantirao je FES sustave kod ljudi s ozljedama kralježnične moždine za vraćanje brojnih funkcija, uključujući stojeće, šetnje, disanje i pokret pokreta i ruku", rekao je.
Kochevar se uključio u projekt Case Western za 2014. godine. Dobio je implantate mozga u prosincu te godine.U 2015. Kirsch, Ajiboye i njihovi kolege implantirali su elektrode u mišićima ruke i ruke.
Kochevar je naučio aktivirati svoje signale mozga kako bi kontrolirala različite uređaje.
"Prvo smo ga gledali kako gleda virtualni pokret ruke na zaslonu računala, a istodobno je zamišljao da isto kreira s vlastitom rukom", rekao je Ajiboye. "To je generiralo obrasce neuronske aktivnosti. Zatim smo razvili neuralni dekoder, matematički algoritam koji je povezao generirane obrasce neuronske aktivnosti s aspektima pokreta virtualne ruke. "
Dalje, oni su imali Kochevaru kontrolu virtualne ruke stvaranjem obrazaca signala mozga koje su tada interpretirali neuralni dekoder, rekao je Ajiboye.
Kochevar se obučio da precizno prebaci virtualnu ruku na određene ciljeve u radnom prostoru. Znanstvenici su kvantificirali njegovu kontrolu mozga nad virtualnom rukom i otkrili da ga je gotovo mogao kontrolirati, rekao je Ajiboye. Osim toga, Kochevar je relativno brzo postigao stopu uspjeha od 95 do 100 posto ciljne točnosti.
Konačno, znanstvenici su Kochevaru pokušali preseliti svoju ruku kroz FES stimulaciju u dva koraka.
"Ručno smo ga pomaknuli (putem električne stimulacije) i uputili ga da zamisli da je pod kontrolom njegovih pokreta", rekao je Ajiboye. "Opet, to je pomoglo generirati željene obrasce neuronske aktivnosti, koje smo koristili za izgradnju i usavršavanje našeg neuralnog dekodera. Imali smo ga koristiti konačnim neuralnim dekoderom kako bi zapovijedali pokretima vlastite ruke, reanimiranim električnim stimuliranjem. Uspio je odmah premjestiti ruku po želji, a postupno je postigao bolju upotrebu. "U video snimci Case Western, Kochevar je rekao:" Bilo je nevjerojatno jer sam pomislila da mi se kreće i to mi je učinjeno. Mogao bih je premjestiti unutra i van, gore i dolje. "
Budući da je Kochevar imao dugotrajnu paralizu, njegovi su mišići bili u početku slabi i lako umorni. Rekao je Ajiboye.
Za izgradnju snage mišića i otpornosti na umor, tim je "vježbao" svoje mišiće nekoliko sati dnevno pomoću električne stimulacije bez sustava sučelja mozga.
S vremenom je ova električno stimulirana vježba povećala snagu mišića i njegovu sposobnost korištenja sustava dulje bez umora.
Pročitajte više: Čovjek ponovno vraća sposobnost hodanja pomoću vlastitih moždanih valova »
Brain-computer interfaces
Kao i Case Westernove inovacije, Ohio Stateova inovacija pomogla muškarcu s quadriplegijom da koristi ruku nakon godina paralize, Istraživački tim vodio je dr. Ali Rezai, profesor neurokirurgije i neuroznanosti i direktor Centra za neuroromodulaciju na Sveučilištu Wexner Medical Center.
Pacijent, Ian Burkhart, pretrpio je tešku ozljedu leđne moždine u dobi od 19 godina tijekom ronilačke nesreće. Ostavio ga je malim brojem funkcija i pokreta na svojim ramenima i bicepsu, i bez kretanja od njegovih laktova do njegovih ruku.
"Naš tim razvio je tehnologiju sučelja mozga i računala koja zaobilazi oštećenu leđnu moždinu, omogućujući pacijentu kao što je Ian s ozljedom kralježnične moždine i kvadriplegijom i bez funkcije njegovih ruku pet godina kako bi jednostavno iskoristio svoje misli kako bi pomaknuo svoje beživotnu ruku da dođe živ i pod voljnom kontrolom ", rekao je Rezai za Healthline.
Nick Annetta, desno od Battellea, gleda kako Ian Burkhart, 24, svira video igru gitare pomoću njegove paralizirane ruke. Slika Izvor: Državni sveučilište Ohio / Wexner Medical Center / Battelle
U travnju 2014. Rezai je ugradio mikročip veličine glave gumenog brisača na površini motornog korteksa Burkhartovog mozga. 96 mikroelektroda čipa zabilježilo je pucanje njegovih pojedinačnih neurona.
Rezai i njegovi kolege razvili su sustav živčanog premoštenja koji bilježi i analizira aktivnost mozga koja se javlja kada Burkhart namjerava premjestiti ruku.
Nakon zaobilaženja oštećene leđne moždine i oštećene veze od mozga do mišića, sustav povezuje Burkhartov signal mozga s vanjskim rukavima odjeće, rekao je Rezai.
"Implantat mozga bilježi i interpretira signale mozga koji su povezani s mislima i povezuje ih s vanjskim nosivim rukavima za kontrolu mišića", objasnio je Rezai. "To je neuromuskularni sustav stimulacije. Misli povezane s namjerom da se presele - na primjer otvaranje ruke - povezane su i povezane unutar milisekundi do stvarnog pokreta pokreta. "
Prva generacija vanjskog nosivog rukavnog odijela i stimulacijskog sustava, rekao je, ima do 160 stimulirajućih elektroda" sastavljenih od super fleksibilnog hidrogela "- elektrode visoke definicije visoke rezolucije koje odgovaraju različitim oblicima i obrisi kao što su podlaktica. "
Odjeća se može oblikovati u rukav, rukavicu, čarapu, hlače, remen, glavu i druge čimbenike oblika.
"Potrebna je znatna složenost i koordinacija kako bi se glatko kretanje moglo pokupiti mješalicu za miješanje kave, uporabu četkice za zube ili igranje video igara", kazao je. "Ovaj algoritam učenja stroja poboljšava i pročišćava kretnje od grubih i nepristojnih pokreta, do glatkih i pokretljivijih pokreta. "
Pročitajte više: Bionska tehnologija koja pomaže u povratu kontrole mišića»
Optimizam za budućnost
Neuroznanstvenici koji promatramo najnovije otkriće impresionirani su i optimistični.
Dr. Joseph O'Doherty, viši doktorat u laboratoriju Philip Sabes na Kalifornijskom sveučilištu u San Franciscu, Centar za integrativnu neuroznanost, poziva ove nedavne napretke u tehnologiji sučelja mozga i računala. "Ovo istraživanje pokazuje da se paralizirani udovi mogu reanimirati - samo misao - za obnovu koordiniranih, više zajedničkih pokreta važnih za svakodnevni život: dostizanje, hvatanje, jedenje i piće", rekao je Healthline. "To je dokaz o principu demonstracije koja podiže mogućnost da slične terapije uskoro mogu naći usvajanje izvan klinike. "
Znanstvenici rade na sučeljima mozga i računala, u nekom obliku ili drugoj, od kasnih šezdesetih, rekao je. Polje je napredovalo od kontrole računalnih kursora, pokretnih invalidskih kolica i robotskih krakova, kako bi sada ponovno uspostavio dobrovoljnu kontrolu nad udovima.
"Ozljede leđne moždine često narušavaju osjećaj dodira, kao i sposobnost premještanja", rekao je O'Doherty. "Vraćanje osjetila udova bit će ključni element neuroprotega koji dopuštaju fluidne i prirodne pokrete. "Još uvijek postoje mnogi izazovi za prevladavanje", dodao je, "ali ovaj novi rezultat, u kombinaciji s mnogim srodnim napretkom u bežičnoj tehnologiji, tehnologiji baterije, znanosti o materijalima i još mnogo toga, čini me vrlo optimistično za neuroprotetike za vraćanje kretanje i senzacija postaju široko dostupni. "
Ove inovacije nude nadu i potencijal za obnovu kretanja i povećanu neovisnost mnogim pacijentima koji žive s paralizom ili drugim fizičkim poteškoćama. Dr. Ali Rezai, Državni sveučilište Ohio State Medical centar Wexner
Rezai je rekao da 12 000 pojedinaca u Sjedinjenim Državama svake godine održava ozljedu leđne moždine, a 300 000 ljudi živi s takvim ozljedama zbog prometnih nezgoda, traume, sportskih ozljeda, i pada.
Manje od 1 posto postiže potpuni oporavak, a većina ih ima deficite koji se oslanjaju na različite pomoćne i adaptivne tehnologije kako bi pružili ograničeni stupanj neovisnosti.
"Ove inovacije nude nadu i potencijal za kretanje pokreta i povećanu neovisnost mnogim pacijentima koji žive s paralizom ili drugim fizičkim poteškoćama", rekao je Rezai. "Pored poboljšanja motora, ova tehnologija ima potencijalne implikacije za one s osjetilnim deficitima, kroničnom boli, govorom, moždanim udarom, kognitivnim, anksioznim i ponašajnim posljedicama. Rezai je izrazio nadu da će uskoro one s fizičkim, senzornim, kognitivnim i drugim teškoćama imati priliku da budu funkcionalniji, imaju veću neovisnost i bolju kvalitetu života.
"Naš cilj je da ova tehnologija bude manje invazivna, smanjuje veličinu uređaja, minijaturizira senzore, napaja sustav i daje sustav kod kuće umjesto u laboratoriju", kazao je.
Case Western tim također radi kako bi unaprijedio svoj sustav tehnološki.
"Moramo razviti bežično sučelje mozga kako bismo zamijenili kabel koji povezuje korisnika s skupom računala za snimanje", rekao je Ajiboye. "Moramo unaprijediti implantat mozga zbog dugovječnosti, povećati broj neurona s kojih možemo snimati i razviti potpuno ugrađeno sučelje mozga i funkcionalni sustav električne stimulacije. „
