Smegenų mikroschema paralyžiuotoms galūnėms valdyti

Mokslininkai dabar kuria prietaisą, kuris registruoja smegenų signalus ir perduoda juos paralyžiuotiems raumenims, o tai gali grąžinti raumenų kontrolę sunkiai paralyžiuotiems pacientams. Protezinėje sistemoje, kuri vis dar tik vystosi, smegenų lustas įrašo neuroninius signalus iš smegenų dalies, kuri kontroliuoja judėjimą. Tada lustas apdoroja tuos signalus, siųsdamas tikslius pranešimus į skirtingus paciento rankos ar plaštakos raumenis implantuotus laidus, priversdamas paralyžiuotą galūnę paimti stiklinę arba subraižyti nosį. Mūsų pagrindinis tikslas – kad žmogus mąstytų ir be vargo judintų ranką , sako Robertas Kiršas , asocijuotas direktorius Funkcinis elektrinės stimuliacijos centras , Louis Stokes veteranų reikalų medicinos centre, Cleveland, OH.

Implantuotas prietaisas, suaktyvinantis konkrečius raumenis, padeda paralyžiuotiems pacientams judinti galūnes. Centrinis stimuliatorius yra prijungtas prie laidų, kurie bus implantuojami į raumenis.

Nugaros smegenų traumų ir kai kurių tipų insulto bei neurodegeneracinių ligų atvejais pažeidžiamos nervų grandinės tarp smegenų ir kūno, todėl pacientai turi didelių judėjimo problemų. Mokslininkai jau padarė didelę pažangą įveikdami šią nervų blokadą, kurdami naujus raumenų stimuliavimo būdus. Atliekant funkcinę elektrinę stimuliaciją (FES), elektros srovė taikoma tam tikriems nervams ar raumenims, kad suaktyvėtų raumenų susitraukimai. Kai naudotojas atlieka iš anksto numatytą galvos ar pečių judesį, jis stimuliuoja tam tikrus raumenis, leisdamas galūnei judėti tam tikru būdu. Prietaisus, kurie gali atkurti rankų funkciją ir šlapimo pūslės kontrolę kai kuriems pacientams, sergantiems paralyžiumi, jau patvirtino FDA.

Multimedija

• SKAIDRĖS: žiūrėkite sistemą

Sistemoje, kurioje Kirschas ir jo kolegos tiria žmones, patyrusius pakankamai sunkius nugaros smegenų pažeidimus, kad jie būtų paralyžiuoti nuo kaklo žemyn, į paciento krūtinę arba pilvą chirurginiu būdu implantuojamas į širdies stimuliatorių panašus stimuliatorius su jungiamaisiais laidais, implantuotais iki 12 skirtingi raumenys. Kitas laidų rinkinys registruoja raumenų aktyvumą, kurį pacientas savanoriškai kontroliuoja. Tada šie signalai naudojami paralyžiuotų raumenų veiklai sukelti.

Tačiau kai kuriems pacientams, ypač sunkiai paralyžiuotiems asmenims, kontroliuojantiems keletą raumenų, naudojant signalus, įrašytus tiesiai iš smegenų, kontroliuoti paralyžiuotas galūnes, būtų lengviau ir intuityviau judėti. Taigi Klivlando mokslininkai dirba su Johnas Donoghue'as , Browno universiteto neuromokslininkas, sukūręs implantuojamus smegenų lustus, kurie registruoja ir apdoroja elektrinį aktyvumą tiesiogiai iš neuronų. Prietaisas, pagamintas pagal Kiberkinetikos neurotechnologijų sistemos , Foxborough, MA, susideda iš mažytės lusto, kuriame yra 100 elektrodų, kurie įrašo signalus iš šimtų neuronų motorinėje žievėje – smegenų dalyje, kuri moduliuoja judesius. Tada kompiuterinis algoritmas paverčia šį sudėtingą veiklos modelį signalu, naudojamu kompiuteriui arba galūnių protezei valdyti. Iki šiol lustas buvo išbandytas trims pacientams – tai buvo pirmieji žmonės, kuriems buvo suteiktas tokio tipo implantas. (Žr. Implanting Hope, 2005 m. kovo mėn.; Smegenų lustai paralyžiuotiems pacientams suteikia naujų galių; ir Neįgaliojo vežimėlio pilotavimas proto galia.)

Specialistai į naują įrenginį deda dideles viltis. Manome, kad tai yra vienintelė šiuo metu perspektyvi technologija, kuri gali suteikti pacientams aukšto lygio gimdos kaklelio traumų atstatymą ir galūnių kontrolę. Josephas Pancrazio , Nacionalinio neurologinių sutrikimų ir insulto instituto, vienos iš tyrimus finansuojančių agentūrų, nervų inžinerijos ir neuroprotezavimo tyrimų programos direktorius.

Tikėtina, kad projektas bus sudėtingas. Donoghue ir kolegos pirmiausia turi padaryti savo smegenų lustą belaidžiu ir visiškai implantuojamu. (Šiuo metu pacientams yra tam tikra aparatinė įranga, išsikišusi iš kaukolės ir laidais prijungta prie kompiuterio.) Implantuojama sistema sumažintų infekcijos riziką ir taip pat galėtų padėti pacientams išmokti naudotis sistema. Eberhardas Fetzas , Vašingtono universiteto Sietle neurologas, kuriantis panašias sistemas beždžionėms, teigia, kad implantuojamas prietaisas leistų pacientams naudotis sistema 24 valandas per parą, o tai padėtų jiems išmokti moduliuoti nervinius signalus, kad būtų galima tiksliai valdyti.

Pirmajame bandymų rinkinyje, kuris turėtų prasidėti kitą mėnesį, pacientai, kuriems buvo implantuotas kiberkinetikos lustas, bandys pajudinti virtualią ranką, kad mokslininkai galėtų ištirti, kokį kontrolės lygį jie galėtų tikėtis pasiekti, ir nustatyti raumenis, kuriuos reikia stimuliuoti. sukelti naudingų judesių. Kai mokslininkai pastatys implantuojamą lustą ir įrodys, kad pacientai gali pakankamai valdyti virtualią ranką, komanda pradės integruoti lustą ir FES sistemą.

Ilgainiui mokslininkai greičiausiai turės sujungti kelis įrenginius. Pancrazio teigia, kad norint visiškai realizuoti šių sistemų potencialą, turime galvoti ne tik apie vieną viršutinių galūnių FES sistemą. Turime galvoti apie sistemų tinklą. Asmeniui gali prireikti ventiliacijos, šlapimo pūslės kontrolės ir žarnyno kontrolės sistemų.

paslėpti