https://frosthead.com

Нови бежични имплантат мозга помаже ходању парализираних мајмуна. Људи могу бити следећи.

Двојица пацијената са парализом су у тренутку устали и ходали по тренеркама. Овај импресивни подвиг омогућио је невиђена нова операција, током које су истраживачи имплантирали бежичне уређаје у мозак пацијената који су снимали њихову мождану активност. Технологија је омогућила мозгу да комуницира са ногама - заобилазећи разбијене путеве кичмене мождине - како би пацијент могао поново да добије контролу.

Сличан садржај

  • Како хакирање неуронских мрежа може помоћи ампутиранима да беспријекорно разбију јаје
  • Пет парализованих мушкараца поново помера ноге у УЦЛА студији

Испада да су ови пацијенти били мајмуни. Али овај мали корак за мајмуне могао би довести до огромног скока за милионе парализованих људи: Иста опрема већ је одобрена за употребу на људима, а у Швајцарској су у току клиничке студије за тестирање терапијске ефикасности методе стимулације кичмене мождине код људи (минус имплантат мозга). Сада када истраживачи имају доказ-концепт, ова врста бежичне неуротехнологије могла би променити будућност опоравка од парализе.

Уместо да покушају да санирају оштећене путеве кичмене мождине који обично достављају сигнале мозга удовима, научници су покушали иновативан приступ повратној парализи: Потпуно заобилазећи уско грло. Имплантат је радио као мост између мозга и ногу, усмеравајући кретање ногу и подстичући кретање мишића у стварном времену, каже Томислав Милековић, истраживач у Швајцарској политотехници Ецоле Полиехекуе де Лаусанне (ЕПФЛ). Милековић и коаутори извештавају о својим налазима у новом раду објављеном у среду у часопису Натуре .

Када мождана неуронска мрежа обрађује информације, она производи карактеристичне сигнале - које су научници научили да тумаче. Они који возе ходање у примата потјечу из регије величине димеа познате као моторни кортекс. У здравог појединца, сигнали путују низ кичмену мождину до лумбалне регије, где усмеравају активирање мишића ногу да омогуће ходање.

Ако трауматска повреда прекине ову везу, субјект је парализован. Иако је мозак и даље у стању да производи одговарајуће сигнале, а живчане мреже које активирају мишић ногу су нетакнуте, ти сигнали никада не допиру до ногу. Истраживачи су успели да поново успоставе везу без темељне бежичне технологије у стварном времену - подвиг без преседана.

Како систем функционише? Вештачко сучеље тима започиње низом од готово 100 електрода имплантираних у моторички кортекс мозга. Повезан је са уређајем за снимање који мери клице електричних активности у мозгу који контролишу покрете ногу. Уређај шаље ове сигнале рачунару који декодира и преводи ова друга електрода имплантирана у доњи део кичмене мождине, испод повреде. Када друга група електрода добије упутства, активира одговарајуће групе мишића у ногама.

За истраживање, два мајмуна резус-макака задобјена су повредама кичмене мождине у лабораторији. После својих операција морали су да проведу неколико дана у опоравку и чекању да систем прикупи и калибрише потребне податке о свом стању. Али само шест дана након повреде, један мајмун је ходао по траци. Други је устао и ходао 16. дана после повреде.

Успех имплантата у мозгу по први пут показује како неуротехнологија и стимулација кичмене мождине могу вратити примату способност ходања. "Систем је одмах обнављао покрете локомотора, без икаквог тренинга или поновног учења", рекао је Милековић, који инжењери неуропротетичке системе вођене подацима, каже за Смитхсониан.цом.

„Први пут када смо укључили сучеље мозга и кичме био је тренутак који никад нећу заборавити“, додао је у саопштењу истраживач ЕПФЛ-а Марц Цапогроссо.

БСИ (кредит Јемере Руби) .јпг Нови имплантат мозга бежично шаље сигнале мишићним групама ногу. (Илустрација Јемере Руби)

Техника "хаковања" неуронских мрежа мозга уродила је изузетним подвизима, попут помагања у стварању протезе осетљиве на додир која омогућава онима који обављају деликатне задатке попут пуцања јајашца. Али многи од ових напора користе кабловске везе између мозга и уређаја за снимање, што значи да се субјекти не могу слободно кретати. "Неуронска контрола покрета руке и руку детаљно је испитивана, док је мање пажње посвећено неуронској контроли покрета ногу, која је захтевала да се животиње слободно и природно крећу", каже Милековић.

Цхристиан Етхиер, неурознанственик са Куебец'с Университе Лавал који није био укључен у истраживање, назвао је дјело „великим кораком напријед у развоју неуропротетичких система.“ Додао је: „Вјерујем да ће ова демонстрација убрзати пријевод инвазивног мозга -компјутерска сучеља према људским апликацијама.

У попратном прилогу Невс & Виевс у природи, неурознанственик Андрев Јацксон слаже се, истичући како се брзо напредак на овом пољу прешао са мајмуна на људе. Документ из 2008. године, на пример, показао је да парализовани мајмуни могу да управљају роботском руком само својим мозгом; четири године касније парализована жена учинила је исто. Раније ове године, стимулација мишића под контролом мозга омогућила је четвороношној особи да схвати предмете, између осталих практичних вештина руку, након што је исти подвиг остварен и код мајмуна 2012. године.

Џексон из ове историје закључује да „није неразумно нагађати да смо прве клиничке демонстрације интерфејса између мозга и кичмене мождине могли видети крајем декаде“.

Блацкроцк низ електрода уграђен у мозак мајмуна користи се већ 12 година за успешно снимање мождане активности у клиничким испитивањима БраинГате; бројне студије су показале да овај сигнал може тачно да контролише сложене неуропростетске уређаје. „Иако је потребна операција, низ је редослед мањи од хируршки имплантираних симулатора дубоког мозга које већ користи 130.000 људи са Паркинсоновом болешћу или другим поремећајима покрета“, додаје Милековић.

Иако је овај тест био ограничен на само неколико фаза мождане активности повезане са ходом хода, Етиер сугерира да би он могао потенцијално омогућити већи домет кретања у будућности. „Употребом истих имплантата мозга могуће је дешифровати интенцију покрета много детаљније, слично ономе што смо урадили за враћање функције хватања. ... Очекујем да ће будући развој надићи и можда ће обухватити и друге способности попут компензације препрека и прилагођавања брзине ходања. "

Етхиер примјећује још једну интригантну могућност: бежични систем заправо може помоћи тијелу да се излијечи. „Поновном синхронизацијом активности у мозгу и спиналним моторичким центрима они би могли промовисати оно што се назива„ неуропластичност зависна од активности “и учврстити било какве поштене везе које повезују мозак са мишићима“, каже он. "То би могло имати дугорочне терапеутске ефекте и промовисати природни опоравак функција изван онога што је могуће код конвенционалних рехабилитационих терапија."

Овај феномен није добро схваћен, а могућност остаје спекулативна у овом тренутку. Али опипљиво достигнуће које ово истраживање показује - помагање парализованом ходу опет њиховим мозгом - већ је огроман корак.

Нови бежични имплантат мозга помаже ходању парализираних мајмуна. Људи могу бити следећи.