211service.com
Smegenų perjungimas
Remiantis internete paskelbtu tyrimu, pora iš dalies paralyžiuotų beždžionių atgavo galimybę judinti riešus, kai tyrėjai prijungė atskirus neuronus tiesiai prie beždžionės rankų raumenų. Gamta trečiadienį.
Judinkite raumenis: Paralyžiuotos beždžionės atgavo galimybę judinti riešus, kai buvo perjungta jų nervų sistema. Smegenų ląsteles tiesiogiai sujungdami su raumenų ląstelėmis per kompiuterį, kuris smegenų veiklą paverčia elektriniu sukrėtimu, mokslininkai apėjo sugedusį ryšį, kad beždžionės galėtų perkelti savo anksčiau paralyžiuotus riešus, kad manipuliuotų žymekliu į ekrano langelį.
Šis požiūris būtų labai svarbus pacientams, sergantiems nugaros smegenų pažeidimais, sako Šiaurės Vakarų universitetas neuromokslininkas Lee Milleris , kuris darbe nedalyvavo.
Tyrėjai, vadovaujami Eberhardas Fetzas , fiziologijos ir biofizikos profesorius Vašingtono universitetas , laikinai paralyžiavo kiekvienos beždžionės ranką. Tada jie nukreipė smegenų signalus aplink užblokuotą nervų kelią, nuvesdami laidus iš vieno neurono motorinėje žievėje – smegenų srityje, atsakingoje už judėjimą – per kompiuterį ir į rankos raumenį. Kai neuronas šovė virš tam tikro dažnio, kompiuteris signalą paversdavo elektros smūgiu rankos raumeniui, dėl kurio jis susitraukdavo.
Bandydami laidų perjungimą, tyrėjai kiekvienai beždžionei leido žaisti paprastą vaizdo žaidimą. Judindama riešą beždžionė galėjo manipuliuoti žymekliu kompiuterio ekrane. Perkėlus žymeklį į langelį ekrano šone, beždžionė gavo atlygį. Nors perjungta smegenų ląstelė buvo pasirinkta atsitiktinai, beždžionės greitai išmoko judinti savo paralyžiuotus riešus.
Stebėtina, kad beveik kiekvienas neuronas, kurį išbandėme smegenyse, gali būti naudojamas tokio tipo stimuliacijai kontroliuoti, sako Chetas Moritzas, Vašingtono universiteto vyresnysis mokslo darbuotojas ir šio straipsnio bendraautoris. Netgi neuronai, kurie nebuvo susiję su riešo judesiu prieš nervų blokadą, galėjo būti suvaldomi ir kooptuojami.
Paprastai rankos judėjimas – net vieno rankos raumens susitraukimas – atsiranda ne dėl vieno neurono sudegimo, o dėl daugelio motorinės žievės neuronų koordinuoto veikimo. Tie neuronai inicijuotų elektrinį signalą, kuris sklinda nugaros smegenimis ir per periferinius nervus, kad sukeltų rankos judesius, pritaikytus beždžionės ketinimams.
Kitos grupės užregistravo tuos sudėtingus neuronų uždegimo modelius ir naudojo kompiuterinius algoritmus, kad juos paverstų veiksmais, pavyzdžiui, perkeltų kompiuterio žymeklį. Vietoj to, Vašingtono universiteto grupė vieną neuroną susiejo su vienu raumeniu. Mūsų požiūris yra sukurti neapdorotą ryšį tarp atskirų smegenų neuronų ir raumenų arba raumenų grupių ir leisti beždžionei išmokti naudotis šiuo ryšiu.
Vieno neurono naudojimas turi savo privalumų, sako Moritzas. Vieno elemento šaudymo dažnį paversti elektros šoku yra paprastas skaičiavimas, kurį lengva atlikti naudojant mobiliojo telefono dydžio įrenginį. Vienalaikių matavimų pavertimas suderintų raumenų judesių rinkiniu reikalauja daug daugiau skaičiavimo galios.
Tačiau norint, kad vieno neurono metodas būtų naudingas paralyžiuotam pacientui, jį reikės sėkmingai išplėsti. Vienos rankos raumens sutraukimas suteikia mažai praktinio atlygio; tokiems judesiams kaip siekimas ir sugriebimas reikalauja daug raumenų, kad jie dirbtų kartu. Tyrėjai jau ėmėsi žingsnių šia kryptimi. Pirma, jie parodė, kad viena ląstelė gali dirbti du skirtingus raumenis: didelis šaudymo dažnis paskatino riešą sulenkti, o žemas šūvių dažnis privertė jį išsitiesti. Tada jie tuo pačiu metu sujungė dvi perorientuotas jungtis: vienas neuronas buvo prijungtas prie riešą ištiesiančio raumens, o kitas - prie riešą lenkančio raumens.
Bet Andrius Švarcas , neurobiologijos profesorius Pitsburgo universitetas , yra skeptiškas. Judanti ranka, sako Schwartzas, yra labai sudėtinga mechaninė sistema. Bet koks sudėtingas rankos judesys reikalauja ne tik daug tiksliai koordinuotų raumenų, veikiančių keletą sudėtingų sąnarių, bet ir jėgų sklidimo išilgai galūnės. Jei ketinate sukurti judesį, turite kažkaip apskaičiuoti visų šių jėgų poveikį rankai, sako Schwartzas. Tai ne tik: „Suaktyvinkite raumenį ir ranka eis ten, kur norite“. Tai daug matematikos.
Vašingtono universiteto grupės teigimu, gali būti įmanoma apeiti klausimą, kaip sukurti sudėtingus judesius, prijungiant vieną smegenų ląstelę tiesiai į tam tikrą nugaros smegenų sritį. . Vienos nugaros smegenų vietos stimuliavimas dažnai suaktyvins 10–15 skirtingų raumenų tikslioje pusiausvyroje, sako Moritzas.
Be bet kokių teorinių vieno neurono strategijos trūkumų, prieš pradedant ją naudoti pacientams, reikia įveikti daugybę technologinių kliūčių. Elektrodų rodmenys iš atskiros smegenų ląstelės laikui bėgant gali pablogėti, o tai gali sugadinti nukreiptą ryšį. Dėl to, sako Moritzas, bet kokiai ilgalaikei sąrankai reikės tam tikro pertekliaus.
Be to, jis priduria, kad idealiu atveju sistema būtų visiškai implantuojama. Kai laidai išsikiša per odą, kaip tai buvo daroma atliekant eksperimentus su beždžionėmis, jie kelia infekcijos ir sutrikimo pavojų. Grupė planuoja išspręsti šią problemą naudodama miniatiūrinius komponentus ir belaidę technologiją.
Kadangi jų požiūriui reikia palyginti nedidelės skaičiavimo galios, sako Moritzas, manome, kad galime būti vienu žingsniu arčiau mažos galios, visiškai implantuojamų sistemų.