211service.com
Smegenų lustai paralyžiuotiems pacientams suteikia naujų galių
Neuromokslininkai svajoja sukurti nervinius protezus, kurie leistų paralyžiuotiems pacientams atgauti rankų ir kojų kontrolę. Nors iki šio tikslo dar toli, Browno universiteto ir Masačusetso bendrosios ligoninės mokslininkai praneša apie daug žadantį žingsnį į priekį.
Matthew Nagle'as, 25 metų vyras, kuris 2001 m. buvo paralyžiuotas po žaizdos peiliu, buvo pirmasis žmogus, išbandęs chirurginiu būdu implantuotų elektrodų masyvą. (Kreditas: Joshua Paul.)
Tyrime, paskelbtame žurnale Gamta šią savaitę mokslininkai aprašo, kaip du paralyžiuoti pacientai su chirurginiu būdu implantuotu neuroniniu prietaisu sėkmingai valdė kompiuterį, o vienu atveju – ir roboto ranką – naudodamiesi tik savo protu.
[Spustelėkite čia norėdami pamatyti paciento vaizdo įrašus valdyti kompiuterio žymeklį ir a protezuota ranka .]
Tai pirmas kartas, kai tokie rezultatai pasiekti naudojant nervinius implantus žmonėms. Mokslininkai dabar tobulina eksperimentinę sistemą į komercinį produktą – tokį, kuris galėtų padėti pacientams kasdieniame gyvenime. Jie planuoja padaryti įrenginį belaidžiu ir visiškai implantuojamu bei pagerinti implantą naudojančių pacientų judesių greitį ir sudėtingumą.
Tai labai svarbus tyrimas, nes jis rodo, kad net praėjus metams po sužalojimo vis dar galite įrašyti naudingus smegenų signalus ir naudoti juos prietaisui vairuoti, sakoma pranešime. Josephas Pancrazio , Neuronų inžinerijos tyrimų programos direktorius Nacionaliniame neurologinių sutrikimų ir insulto institute Bethesdoje, MD. Ši grupė tikrai peržengė sieną.
Nugaros smegenų traumų ir kai kurių tipų insulto metu sutrinka informacijos perdavimo sistema tarp smegenų ir raumenų. Neuroniniai įrenginiai, tokie kaip naudojami tyrime, siekia įrašyti ir apdoroti esamus signalus ir juos naudoti kompiuterio žymekliui, roboto rankai ar net paralyžiuotai galūnei valdyti. Brown/MGH mokslininkai pirmą kartą implantavo smegenų lustą žmogui 2004 m. birželio mėn. Ir nors nuo to laiko buvo sėkmės požymių, Gamta Paper yra pirmasis recenzuojamas leidinys, kuriame išsamiai aprašoma, ką paralyžiuoti pacientai gali daryti su implantu. ( Technologijų apžvalga pranešė apie Donoghue darbą su Nagle praėjusiais metais, Implanting Hope, 2005 m. kovo mėn.)
Tyrime naudota smegenų ir kompiuterio sąsaja, kurią sukūrė Kiberkinetika Neurotechnology Systems Foxborough, MA, susideda iš mažos silicio lusto, kuriame yra 100 elektrodų, kurie įrašo signalus iš šimtų motorinės žievės neuronų. Tada kompiuterinis algoritmas paverčia šį sudėtingą veiklos modelį signalu, naudojamu išoriniam įrenginiui valdyti.
Pirmasis pacientas, kuriam buvo implantuotas prietaisas, 25 metų vyras, kuris 2001 metais buvo paralyžiuotas po žaizdos peiliu, sėkmingai išmoko valdyti kompiuterio žymeklį, puikiai judėjo el. pašto programa ir kompiuteriu įjungė televizorių. ir pakeiskite kanalą. Kai prietaisas buvo prijungtas prie roboto rankos, jis greitai išmoko valdyti ranką, paimdamas ir įmesdamas į techniko ranką saldainį. Tai buvo įdomu, nes jis tai suprato labai greitai – apie dešimt minučių, sako Johnas Donoghue'as , vyresnysis projekto mokslininkas, kiberkinetikos įkūrėjas ir Browno universiteto Providense, RI, neurologas. (Spustelėkite čia norėdami pamatyti vaizdo įrašą, kuriame pacientas valdo kompiuterio žymeklį ir protezuotą ranką.)
Kiti du tyrime dalyvavę pacientai, abu patyrę skirtingų tipų sužalojimus, taip pat išmoko valdyti kompiuterinę programą, nors dar neišbandė roboto rankos. Rezultatai rodo, kad šiuos įrenginius įmanoma naudoti realiame pasaulyje, tačiau turime nueiti ilgą kelią iki kasdieninio naudojimo, sako Donohue.
Neuromokslininkai jau keletą metų naudojo panašius prietaisus beždžionėms ir kitiems gyvūnams, tačiau Donohue tyrimas yra pirmasis, kurio metu buvo išbandytos chirurginiu būdu implantuotų elektrodų matricos žmonėms. Tai didelis šuolis šią technologiją pritaikyti žmonėms, sako Stephenas Scottas Karalienės universiteto Kingstone, Ontarijo valstijoje, neuromokslininkas, parašė komentarą kartu su straipsniu. Pirmuoju bandymu tai buvo gana sėkminga – pacientai parodė keletą įspūdingų sugebėjimų.
Nors rezultatai yra daug žadantys, ekspertai įspėja, kad technologija yra ankstyvoje stadijoje. Tai vis dar toli gražu nėra naudingas prietaisas, kuris iš tikrųjų pagerintų šio paciento gyvenimo kokybę, sako Andrius Švarcas , Pitsburgo universiteto neurologas, tiriantis panašius prietaisus su gyvūnais. Ta pati technologija geriau veikia su beždžionėmis, o tai rodo, kad reikia atlikti daugiau darbo kuriant įrašymo elektrodus ir programinės įrangos filtrus, sako jis.
Šiuo metu paralyžiuotiems pacientams turimos pagalbinės priemonės, tokios kaip kompiuterinės programos, aktyvuojamos balsu ar akių judesiais, komandą vykdo pagal antrinį signalą ir reikalauja tiek mokymo laikotarpio, tiek didelio susikaupimo. Implantuotas prietaisas gali padėti pacientams daug natūraliau. Jis naudoja visą informaciją, kurią smegenys naudoja judindamos [raumenis], sako Donoghue. Kadangi jis imituoja įprastą smegenų apdorojimo sistemą, pacientai gali valdyti žymeklį ir kalbėti tuo pačiu metu, sako jis.
Donoghue ir kolegos dabar pritaiko eksperimentinę sistemą į įrenginį, skirtą platesniam naudojimui. Dabartinė sistema turi laidus, jungiančius implantą su išoriniu kompiuteriu per kaukolę, todėl kyla infekcijos pavojus. Tyrėjai planuoja miniatiūrizuoti aparatinę įrangą ir padaryti ją belaidžiu, kad būtų galima implantuoti visą sistemą.
Komanda taip pat kuria naują analizės programinę įrangą, kuri, jų manymu, leis atlikti sudėtingesnius judėjimo tipus. Šiuo metu pacientai gali naršyti el. pašto programoje arba atlikti grubius judesius su roboto ranka; tačiau jie negali atlikti sudėtingesnių užduočių, pavyzdžiui, naudoti roboto ranką spausdinti klaviatūra arba suvalgyti dubenėlio sriubos.
Norėdami atlikti tokius sudėtingus judesius, mokslininkai pirmiausia turi sukurti geresnį dekoderį – algoritmą, kuris interpretuoja smegenų nervinius signalus. Kai smegenys ruošiasi perkelti, tarkime, ranką iš kairės į dešinę, milijonai smegenų motorinės žievės neuronų suveikia tam tikru būdu. Tyrėjai sukuria dekoderį, prašydami pacientų įsivaizduoti, kaip juda ranka ratu, o tai suaktyvina neuronus, tarsi paralyžiuota galūnė judėtų. Tada kompiuterinė programa įrašo ir apdoroja šią informaciją, galiausiai sukurdama filtrą, kuris vėlesnę neuronų veiklą paverčia norimais veiksmais.
Tačiau filtro galimybės versti informaciją vis tiek yra daug ribotesnės nei smegenų. Jis naudoja duomenis iš šimtų neuronų, o ne iš milijonų ir renka informaciją iš vienos smegenų dalies. Donohue ir kolegos dabar kuria įvairių tipų algoritmus, kad sužinotų, kurie yra labiausiai pritaikomi ir geriausiai išnaudoja turimus neuroninius signalus.
Galime išbandyti skirtingus algoritmus, o pacientai gali pasakyti, kurie yra lengviausi arba jaučiasi natūraliausi, sako Leighas Hochbergas, Masačusetso bendrosios ligoninės neurologas ir pagrindinis tyrimo autorius. Įtariu, kad jei galėsime ir toliau tobulinti iššifravimą tik iš nedidelio ploto ir galbūt įrašyti iš kelių smegenų sričių, galėtume toliau tobulinti žmonėms prieinamų valdymo sistemų įvairovę.
Kiti mokslininkai taip pat kuria būdus, kaip pagreitinti smegenų sąsajas. Pacientui tai gali reikšti skirtumą tarp pastangų parašyti el. laišką ir parašyti jį be pastangų. Darbas su primatais, Krišna Šenojaus ir kolegos iš Stanfordo universiteto Stanforde, Kalifornijoje, sugebėjo keturis kartus padidinti informacijos perdavimo greitį naudodami panašų implantą, bet įrašydami iš kitos smegenų dalies. Žmogui tai reikštų, kad per minutę reikia įvesti 15 žodžių, o ne keturis.
Donoghue galiausiai planuoja pritaikyti savo sistemą, kad atliktų dar didingesnį žygdarbį. Komanda bendradarbiauja su mokslininkais iš Case Western Reserve universiteto Klivlande, OH, kad sukurtų prietaisą, kuris naudoja signalus iš smegenų, kad elektra stimuliuotų paralyžiuotus raumenis, o tai gali leisti pacientams judinti savo galūnes.
Nenuostabu, kad tai yra tai, ko žmonės nori labiausiai. Kai Donoghue paklausė paciento, ar jis norėtų atlikti sudėtingus judesius su protezu, ar grubius judesius savo ranka, jis pasirinko pastarąjį. Idėja atgaivinti savo kūną buvo daug svarbesnė nei tai, koks sudėtingas galėtų būti judėjimas, sako Donoghue.