Az agyi bypass technológia felajánlotta a paralitásban szenvedő embereket
Tartalomjegyzék:
- Ezt megelőzően a tudósok számos bénult emberrel kezeltek, de csak egy megközelítéssel vagy a másikal.
- A páciens, Ian Burkhart, 19 évesen súlyos gerincvelő sérülést szenvedett egy merülési balesetben. A vállában és a bicepszében kevés funkcióval és mozdulattal hagyta őt, és a könyökétől a kezéhez nem mozgott.
- " Ez a kutatás azt mutatja, hogy a megbénult végtagokat csak gondolattal lehet újraéleszteni - a mindennapi élet szempontjából fontos, összehangolt, többszörösen közös mozgások helyreállításához: eléréshez, megragadáshoz, evéshez és iváshoz "- mondta a Healthline-nak. "Ez egy alapelv bemutató, amely felkínálja azt a lehetőséget, hogy a hasonló terápiák hamarosan elfogadják a klinikán kívüli örökbefogadást. "
Az agy-számítógép interfész technológiában elért tudományos áttörések új reményt jelenthetnek a bénulás leküzdésére.
A legutolsó előrelépésben, egy olyan férfi, aki négy évvel ezelőtt megbénult, és visszaszerezte karjának funkcionális mozgását.
AdvertisementAdvertisementEzt a technológiát alkalmazta a kezével, az első a kórelőzményben.
Az Ohio-i Case Western Reserve Egyetem kutatói bejelentették megállapításukat a The Lancet brit orvosi folyóiratban.
Reklám A Musk "neurális csipke", a The Wall Street Journal egyik jelentése szerint, egy személy agyát közvetlenül egy számítógéphez kapcsolná.Időközben az Ohio State University (OSU) tudósai bénulásos betegekkel dolgoznak, és olyan technológiát fejlesztettek ki, mint a Case Westernben.
Bővebben: A bénulással járó exoskeletonok újra járnak »
Az agyi jelek dekódolása
A Case Western tudósok Bill Kochevarral dolgoztak, egy 53 éves, quadriplegiával, aki egy biciklis balesetben sérült meg.
Dr. Robert Kirsch, a Case Western orvosbiológiai mérnöki tanszékének elnöke, az egyetem funkcionális elektrosztimulációs központjának (FES) központjának vezetője, a kutatás vezetője.
AdvertisementMűvészetNagy áttörést jelentett az áttörésnek.
"Megmutattuk, hogy megvalósítható-e valaki mozgás szándékainak rögzítése, majd saját karjuk készítése ezekre a mozgásokra" - mondta.
Csak arra gondol, hogy mozgatja a karját, és a kar mozog, ahogy szándékozik. Bolu Ajiboye, Case Western Reserve EgyetemKirsch kollégája, Bolu Ajiboye, a Case Western professzora és a Louis Stokes Cleveland Veterans Administration Orvosi Központ kutatási munkatársa elmondta, hogyan működik a technológia.
Reklám
"A normális mozgás a rosszindulatú személyekben azért következik be, mert a motoros kéreg egy mozgásparancsot generál, amelyet elektromos jelekként ábrázolnak, és átmegy a gerincvelőn, majd aktiválja a megfelelő izmokat" - mondta Ajiboye az Egészségügyi Szolgálatnak.A gerincvelő sérülése megakadályozza, hogy az elektromos impulzusok eljussanak az izmokhoz, magyarázta, de az eredeti mozgásparancs még mindig megfelelően van kódolva az agy elektromos aktivitási mintáin.
AdvertisementAdvertisement"Rendszerünk feljegyzi az elektromos aktivitás mintáját az agyi implantátumon keresztül, és matematikai algoritmusokat használ a bénulással rendelkező személynek a mozgási parancsra történő dekódolására. Ez a parancs átalakul egy elektromos stimulációs mintázatra, amelyet a jobb egércsoportra alkalmaznak a mozgás előidézésére. Mr. Kochewar számára a folyamat zökkenőmentes és láthatatlan. Szavaiban azt mondja, hogy csak a karját mozgatja, és a karja mozog, ahogy szándékozik. "
Ajiboye arra is rámutatott, hogy ez az új technológia nem.
A tudomány sokszor megpróbált "kijavítani" a sérült gerincet a szövetkezelés és a regrowth nélkül siker nélkül, mondta.Reklám
"Szeretnénk a tudósok számára, hogy megtalálják a módját a regenerálódáshoz és a gerincvelő újbóli összekapcsolásához sejtterápiák segítségével" - mondta Ajiboye. "Jelenlegi megközelítésünk azonban a gerinc sérülésének megkerülésére szolgáló technológiát alkalmaz, hogy az agyból a mozdulatjeleket a mozgás előidézéséhez a megfelelő izomkészlethez kapja. "
Az olyan technológiák, amelyek segítik a bénulás visszaszerzését, jellemzően csak olyan eszközökre korlátozódnak, amelyeket hangjukkal és szemmozgásukkal, vagy fejük mozgatásával szabályozhatnak.
Hirdetési hirdetésAzonban egyik ilyen eszköz sem engedélyezi a saját végtag szabályozását.
"A készülékünk lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy saját végtagját mozgassa csak gondolkodva" - magyarázta Ajiboye. "Szeretném világossá tenni, hogy a rendszereink a gerincvelő kijátszása helyett a bénulás visszafordítása. A rendszer nélkül a felhasználó még mindig megbénult, és nincs olyan bizonyíték, amely arra engedne következtetni, hogy a rendszer használata végül a gerinc újraindulását eredményezné, vagy vissza tudná hozni a rendszer nélküli mozgás képességét. "
Bővebben: Az implantátum segíti a bénulással élők visszaszerzését végtagjaik használatával."A technológia működése
Miért egyedi a Case Western technológia?
A rendszer az első, amely egy agyi implantátumú számítógépes interfészt használ egy FES rendszerrel, hogy elektromosan aktiválja a megbénított izmokat.
Ezt megelőzően a tudósok számos bénult emberrel kezeltek, de csak egy megközelítéssel vagy a másikal.
Kochevar az első olyan személy, aki megtapasztalja ezt a kombinált technológiát.
Ajiboye szerint sok kutatócsoport használta az agyi interfész rendszert emberekkel és embertelen főemlősökkel. Mindkét tesztcsoport képes volt olyan feladatokat végrehajtani, mint a kurzor mozgatása a számítógép képernyőjén vagy mozgó robotkarok.
"A FES központunk az elmúlt 25-30 évben beültette a FES rendszereket a gerincvelő sérülésekkel rendelkező emberekkel, hogy számos funkciót vissza tudjanak állítani, beleértve az állást, a séta-, a légzést és a kéz- és kar mozgásokat" - mondta.
Kochevar csatlakozott a Case Western kutatási projekthez 2014-ben. Az agyi implantátumokat az adott év decemberében kapott.2015-ben Kirsch, Ajiboye és kollégáik beültették az elektródákat a karja és a keze izmokban.
Kochevar megtanulta aktiválni agyi jelzéseit, hogy ellenőrizzék a különböző eszközöket.
"Először láttuk, hogy virtuális karmozgást néznek a számítógép képernyőjén, miközben egyidejűleg elképzelte, hogy ugyanazokat a mozgásokat hajtja végre a saját karjával" - mondta Ajiboye. "Ez idézte elő a neurális aktivitást. Ezután kifejlesztettünk egy idegi dekódert, egy matematikai algoritmust, amely az idegi aktivitás generált mintáit a virtuális karmozgások aspektusaival összefüggésben kapcsolta össze. "
Ezután Kochevernek irányította a virtuális karot azáltal, hogy az agyi jelek mintáit hozta létre, amelyeket az idegi dekódoló értelmeztek, mondta Ajiboye.
Kochevar képzett arra, hogy a virtuális kar pontossággal a munkaterületen meghatározott célokat mozgassa. A tudósok számszerűsítették az agy irányítását a virtuális karon, és felfedezték, hogy majdnem képes azonnal ellenőrizni, Ajiboye mondta. Ezenkívül a Kochevar viszonylag gyorsan elérte a célpontosság 95-100 százalékát.
Végül a tudósok Kochevernek próbálták mozgatni a karját a FES stimuláción keresztül kétlépcsős folyamatban.
"Manuálisan mozgatjuk a karját (elektromos ingerléssel) és arra utasítottuk, hogy képzelje el, hogy ő irányítja a kar mozgását" - mondta Ajiboye. "Ez megint elősegítette az idegi aktivitás kívánt mintáit, melyeket neurális dekóderünk építésére és finomítására használtunk. A végső neurális dekódert alkalmaztuk, hogy kezelje a saját karja mozgását, amelyet elektromos stimuláció útján újjáéledt. Könnyen tudta mozgatni a karját, és fokozatosan egyre nagyobb hasznot húzott. "
A Case Western által kiadott videóban Kochevar azt mondta:" Csodálatos volt, mert gondoltam a karom mozgatására és ez történt. Fel-alá mozgathattam és fel-alá. "
Mivel Kochevar hosszú távú bénulást mutatott, izmai kezdetben gyengék és könnyen fáradtak. Mondta Ajiboye.
Az izom erejének és a fáradtságnak való kitartásnak köszönhetően a csapat több órán át "gyakorolta" izmait az elektromos interferencia nélkül.
Idővel ez az elektromosan stimulált testmozgás növelte az izom erejét és annak a képességét, hogy a rendszert tovább fáradtság nélkül használja.
Bővebben: Az ember visszanyeri a gyalogló képességét a saját agyhullámainak felhasználásával. "
Agy-számítógépes interfészek
Mint a Case Western újításai, az Ohio State Innováció segített egy négypillaiás embernek,.
A kutatócsoportot Dr. Ali Rezai, az idegsebészeti és idegtudományi tanár, valamint az egyetemi Wexner Orvosi Központ Neuromodulációs Központ igazgatója vezette.
A páciens, Ian Burkhart, 19 évesen súlyos gerincvelő sérülést szenvedett egy merülési balesetben. A vállában és a bicepszében kevés funkcióval és mozdulattal hagyta őt, és a könyökétől a kezéhez nem mozgott.
"Csapatunk kifejlesztett egy olyan agy-számítógépes interfész technológiát, amely megkerüli a sérült gerincvelőt, így olyan betegnek, mint Ian, gerincvelővel és quadriplegiával, és öt éve nem működik a keze, hogy egyszerűen használja a gondolatait, hogy mozogjon élettelen kéz, hogy életre keljen és az ő akaratos kontrollja alatt "- mondta Rezai az Egészségügyi Hivatalnak.
Nick Annetta, igaza van, Battelle-ből, nézni, ahogy Ian Burkhart, 24 éves, gitáros videojátékot játszik a bénult kézzel. Image Source: Ohio Állami Egyetem Wexner Orvosi Központ / Battelle
2014 áprilisában Rezai implantált egy mikrochipet a fejméretû ceruza radírral a Burkhart agy agykéreg felszínén. A chip 96 mikroelektródja rögzítette az egyes neuronok tüzelését.
Rezai és kollégái kifejlesztették az idegi elkerülő rendszert, amely feljegyzi és elemzi az agyi aktivitást, ami akkor jelentkezik, amikor Burkhart meg akarja mozdítani a kezét.
Ez lehetővé teszi, hogy Burkhart mozgassa a kezét.
"Az agyi implantátum feljegyzi és értelmezi a gondolatokhoz kapcsolódó agyi jeleket, és összekapcsolja őket egy külső, hordható ujjú ruhával, hogy ellenőrizzék az izmait" - magyarázta Rezai. "Ez egy neuromuszkuláris stimulációs rendszer. A mozgás szándékával kapcsolatos gondolatok - például a kéz kinyitása - egymillió másodperc alatt összekapcsolódnak a tényleges funkcionális kézmozgáshoz. "
A külső kopásálló hüvelyek és stimulációs rendszerek első generációja 160 olyan stimuláló elektródát tartalmaz, amelyek" szuper hajlékony hidrogélből "állnak - egy nagy felbontású, nagy felbontású elektródák, amelyek megfelelnek a különböző alakoknak és kontúrok, mint például az alkar. "
A ruhadarab hüvelybe, kesztyűjébe, zoknijába, nadrágjába, övébe, fejsávjába és egyéb alakjaihoz alakítható.
"Jelentős összetettség és koordináció szükséges ahhoz, hogy a mozgások zavartalanul vegyenek fel keverőt a kávé keveréséhez, fogkefével vagy videojátékkal" - mondta. "Ez a gépi tanulási algoritmus javítja és finomítja a mozgásokat a durva és a szaggatott mozgásoktól a simaabb és folyékonyabb mozgásokig. "
Bővebben: Bionikus technológia, amely segít az izomszabályozás helyreállításában."
Optimizmus a jövőre
A közelmúltbeli áttöréseket figyelő neurológiai tudósok lenyűgöznek és optimisták.
Joseph O'Doherty PhD, a San Francisco-i Egyetem Integrált Idegtudományi Karának Philip Sabes Lab-ban levő vezető posztdoktori munkatársa az ún. "
" Ez a kutatás azt mutatja, hogy a megbénult végtagokat csak gondolattal lehet újraéleszteni - a mindennapi élet szempontjából fontos, összehangolt, többszörösen közös mozgások helyreállításához: eléréshez, megragadáshoz, evéshez és iváshoz "- mondta a Healthline-nak. "Ez egy alapelv bemutató, amely felkínálja azt a lehetőséget, hogy a hasonló terápiák hamarosan elfogadják a klinikán kívüli örökbefogadást. "
A tudósok az agy-számítógép interfészeken dolgoztak, valamilyen formában, a 1960-as évek végétől kezdve. A mező a számítógépes kurzorok, a mozgó kerekes székek és a robotkarok irányításával halad előre, és most újra véglegesíti a végtagok önkéntes ellenőrzését.
"A gerincvelő sérülése gyakran rontja az érintés érzését, valamint a mozgás képességét" - mondta O'Doherty. "A végtagok helyreállítása kulcsfontosságú eleme a neuroprotéziseknek, amelyek lehetővé teszik a folyadék és a természetes mozgásokat. "
" Számos kihívással kell szembenézni, "- tette hozzá -, de ez az új eredmény, és a vezeték nélküli technológia, az akkumulátortechnológia, az anyagtudomány stb. a mozgás és az érzés széles körben elérhetővé válik. "
Ezek az újítások reményt adnak és a mozgás helyreállításának és a függetlenség növelésének lehetőségei sok bénulással vagy más fizikai fogyatékkal élő betegek számára. Dr. Ali Rezai, az Ohio Állami Egyetem Wexner Orvosi Központ
Rezai szerint az Egyesült Államokban évente 12 000 ember talált gerincvelő sérülést, és 300 000 ember él ilyen sérülésekkel a gépjármű-balesetek, trauma, sportérülések miatt, és esik.
Kevesebb, mint 1 százalék teljes felélénkülést ér el, és a legtöbb olyan hiányosság, amely különböző segítő és adaptív technológiákra támaszkodva korlátozott függetlenséget biztosít.
"Ezek az innovációk reményt és a mozgás helyreállításának lehetőségét és fokozott függetlenségét kínálják sok bénulással vagy más fizikai fogyatékkal élő beteg számára" - mondta Rezai. "A motorfejlesztések mellett ez a technológia potenciális hatással lehet az érzékszervi hiányosságokra, a krónikus fájdalomra, a beszédre, a stroke-ra, a kognitív viselkedésre, a szorongásra és a magatartásra gyakorolt hatásokkal rendelkezők számára. "Rezai azt reméli, hogy hamarosan a fizikai, szenzoros, kognitív és egyéb fogyatékosságokkal rendelkezőknek lehetősége lesz arra, hogy jobban működjenek, nagyobb függetlenséget és jobb életminőséget biztosítsanak.
"Célunk, hogy ez a technológia kevésbé invazív legyen, csökkentsük az eszköz méretét, mérsékeljük az érzékelőket, a vezeték nélküli rendszert és otthoni rendszereket biztosítsunk ahelyett, hogy a laboratóriumban" - mondta.
A Case Western csapat szintén technológiai fejlődésre törekszik.
"A vezeték nélküli agyi felületet ki kell cserélnünk annak érdekében, hogy felváltsuk a kábelt, amely összeköti a felhasználót egy rögzítő számítógéppel" - mondta Ajiboye. "Javítani kell az agyi implantátumot a hosszú élettartam érdekében, növelni kell a rögzítendő neuronok számát, és teljesen beültetett agyi interfészt és funkcionális elektromos stimulációs rendszert kell kifejleszteni. „
