A két bénulásban szenvedő beteg felállt és futópadon sétált. Ezt a lenyűgöző teljesítményt egy példátlan új műtét tette lehetővé, amelynek során a kutatók vezeték nélküli eszközöket ültettek a betegek agyába, amelyek rögzítették az agyi aktivitást. A technológia lehetővé tette az agy számára, hogy kommunikáljon a lábakkal - megkerülve a megszakadt gerincvelő útvonalait -, hogy a beteg ismét visszanyerje az irányítást.
kapcsolodo tartalom
- Hogyan segíthet az idegrendszeri hackelés az amputátumok megalapozatlan megtörését?
- Öt megbénult ember ismét mozgatja a lábát egy UCLA tanulmányban
Ezek a betegek, kiderül, majmok voltak. A majmoknál ez a kis lépés óriási ugrást eredményezhet bénult emberek milliói számára: Ugyanezt a felszerelést már engedélyezték emberben történő felhasználásra, és Svájcban klinikai vizsgálatok zajlanak a gerincvelő stimulációs módszer terápiás hatékonyságának vizsgálatára emberekben (mínusz az agyimplantátum). Most, hogy a kutatóknak megvan a koncepció bizonyítéka, ez a vezeték nélküli neurotechnológia megváltoztathatja a bénulás helyreállításának jövőjét.
Ahelyett, hogy megjavítanák azokat a sérült gerincvelő-útvonalakat, amelyek általában az agyi jeleket továbbítják a végtagokra, a tudósok innovatív megközelítést próbáltak megfordítani a bénulás ellen: A sérülés szűk keresztmetszetének teljes megkerülése. Az implantátum hídként működött az agy és a lábak között, irányítva a lábmozgást és serkenti az izmok mozgását, mondja Tomislav Milekovic, a svájci École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) kutatója. Milekovic és a társszerzõk megállapításaikat egy új, a természet folyóiratban, szerdán megjelent cikkben teszik közzé.
Amikor az agy ideghálója információkat dolgoz fel, megkülönböztető jeleket generál - amelyeket a tudósok megtanultak értelmezni. Azok, akik a főemlősökön járnak, a motoros kéregnek nevezett fillér méretű régióból származnak. Egészséges egyénben a jelek a gerincvelőn keresztül az ágyéki régióba vezetnek, ahol a lábizmok aktiválását irányítják a járás lehetővé tétele érdekében.
Ha egy traumás sérülés megszakítja ezt a kapcsolatot, az alany megbénul. Noha az agy továbbra is képes a megfelelő jelek előállítására, és a láb izmait aktiváló ideghálózatok érintetlenek, ezek a jelek soha nem érik el a lábakat. A kutatóknak sikerült helyreállítani a kapcsolatot alapos, valós idejű vezeték nélküli technológiával - egy példátlan feat.
Hogyan működik a rendszer? A csapat mesterséges interfésze csaknem 100 elektróda sorozatával kezdődik, amelyeket az agy motoros kéregébe implantálnak. Ez egy rögzítőkészülékkel van összekapcsolva, amely méri az agy elektromos tevékenységeinek rohanását, amelyek a lábak mozgását szabályozzák. A készülék ezeket a jeleket egy számítógépre küldi, amely dekódolja és lefordítja ezeket az utasításokat egy másik elektródacsoportra, amelyet az alsó gerincvelőbe ültetnek, a sérülés alatt. Amikor a második elektródacsoport megkapja az utasításokat, aktiválja a megfelelő izomcsoportokat a lábakban.
A tanulmányhoz a két Rhesus makákó majom gerincvelő-sérüléseket kapott a laboratóriumban. Műtétek után néhány napot kellett eltölteniük, és várniuk kellett, amíg a rendszer összegyűjti és kalibrálja az állapotukra vonatkozó adatokat. De csak hat nappal a sérülés után az egyik majom sétált a futópadon. A másik felkelt és sétált a sérülés utáni 16. napon.
Az agyimplantátum sikere első ízben bizonyítja, hogy a neurotechnológia és a gerincvelő stimulálása visszaállíthatja a főemlős sétaképességét. "A rendszer azonnal helyreállította a mozgásszervi mozgásokat, edzés vagy újratanulás nélkül" - mondta Milekovic, aki adatvezérelt neuroprotezus rendszereket tervez a Smithsonian.com-nak.
„Az agy-gerinc felület első bekapcsolásakor egy olyan pillanat volt, amelyet soha nem fogok elfelejteni” - tette hozzá Marc Capogrosso, az EPFL kutatója nyilatkozatában.
Egy új agyi implantátum vezeték nélkül jeleket küld a lábak izomcsoportjai számára. (Illusztráció: Jemere Ruby) Az agy ideghálózatainak „hackelésének” technikája figyelemre méltó látványosságokat eredményezett, például segítette az érintésérzékeny protézisek létrehozását, amelyek lehetővé teszik a viselők számára, hogy olyan finom feladatokat végezzenek, mint például a tojás megrepedezése. Ezek közül az erőfeszítések közül sok azonban az agy és a rögzítő eszközök közötti kábelcsatlakozásokat használja, azaz a személyek nem tudnak szabadon mozogni. „A kéz és a kar mozgásának idegi vezérlését nagyon részletesen vizsgálták, miközben kevesebb figyelmet fordítottak a lábmozgások neuronális vezérlésére, ami az állatok szabad mozgását és természetes mozgását tette szükségessé” - mondja Milekovic.
Christian Ethier, a Quebec Laval Université Laur neurológusa, aki nem vett részt a kutatásban, ezt a munkát „nagy előrelépésnek a neuroprotezus rendszerek fejlesztésében” nevezte. Hozzátette: „Úgy gondolom, hogy ez a demonstráció felgyorsítja az invazív agy fordítását. - számítógép interfészek az emberi alkalmazások felé.
Andrew Jackson, az idegtudóstudomány tudósítója egyetért a Nature és a News & Views című darabban is, rámutatva, hogy az ezen a területen elért haladás milyen gyorsan ment a majmokról az emberekre. Egy 2008. évi tanulmány például bebizonyította, hogy a bénult majmok csak agyukkal tudják irányítani a robotkarokat; négy évvel később egy bénult nő tett ugyanezt. Az év elején az agyvezérelt izomstimuláció lehetővé tette a négyágú ember számára, hogy megragadja a tárgyakat, többek között a gyakorlati kézkészségek mellett, miután 2012-ben ugyanezt a látványt majmoknál sikerült elérni.
Jackson ebből a történelemből azt a következtetést vonja le, hogy "nem indokolatlan azt feltételezni, hogy az agy és a gerincvelő felületének első klinikai demonstrációit az évtized végére láthattuk".
A majmok agyába beültetett Blackrock elektróda tömböt 12 éve használják az agyi aktivitás sikeres rögzítésére a BrainGate klinikai vizsgálatok során; számos tanulmány kimutatta, hogy ez a jel pontosan képes irányítani az összetett idegprotezus eszközöket. "Noha műtétre szorul, a tömb nagyságrenddel kisebb, mint a műtéten átültetett mély agyi szimulátorok, amelyeket már több mint 130 000 Parkinson-kórban vagy más mozgási rendellenességben szenvedő ember használ" - tette hozzá Milekovic.
Míg ez a teszt az agyi aktivitásnak csak a fétiséggel kapcsolatos néhány szakaszára korlátozódott, Ethier azt sugallja, hogy ez a jövőben potenciálisan nagyobb mozgást tesz lehetővé. „Ugyanezen agyi implantátumokkal sokkal részletesebben dekódolhatjuk a mozgás szándékát, hasonlóan ahhoz, amit a fogási funkció helyreállítása érdekében tettünk. ... azt várom, hogy a jövőbeli fejlesztések túlmutatnak, és talán tartalmaznak más képességeket is, például az akadályok kompenzálása és a séta sebességének beállítása. ”
Ethier felhívja a figyelmet egy másik érdekes lehetőségre: A vezeték nélküli rendszer valóban segíthet a test gyógyításában. "Az agy és a gerinc motoros központjainak tevékenységének szinkronizálásával elősegíthetik az úgynevezett„ tevékenységtől függő neuroplaszticitást ", és megszilárdíthatják az agy és az izmok közötti összeköttetést." - mondja. "Ennek hosszú távú terápiás hatásai lehetnek, és elősegíthetik a funkció természetes visszanyerését, ami a hagyományos rehabilitációs kezelésekkel lehetséges."
Ezt a jelenséget nem értik jól, és a lehetőség ezen a ponton spekulatív marad - hangsúlyozza. De a kézzelfogható eredmény, amelyet ez a kutatás demonstrál - segítve a megbénult sétát az agyukkal - már hatalmas lépés.
