Nathan Copeland, 28-letni mężczyzna, który po wypadku samochodowym nie czuł ani nie poruszał przedramionami i nogami, odzyskał czucie dotyku poprzez ramię robota, które kontroluje za pomocą mózgu.

Operacja Copelanda, która polegała na wszczepieniu do jego mózgu czterech maleńkich układów mikroelektrod, z których każda miała rozmiar około połowy guzika koszuli, jest pierwszą medyczną.

Implanty łączą się z interfejsem mózgowo-komputerowym (BCI), opracowanym przez naukowców z University of Pittsburgh. Zespół opisuje wyniki w Science Translational Medicine.

„Najważniejszym wynikiem tego badania jest to, że mikrostymulacja kory czuciowej może wywołać naturalne odczucia zamiast mrowienia” – mówi współautor badania Andrew B. Schwartz, profesor neurobiologii i kierownik katedry neuronauki systemowej. „Ta stymulacja jest bezpieczna, a wywoływane doznania są stabilne przez wiele miesięcy.

{youtube}L1bO-29FhMU{/youtube}

„Wciąż pozostaje wiele badań, które należy przeprowadzić, aby lepiej zrozumieć wzorce stymulacji potrzebne do pomocy pacjentom w wykonywaniu lepszych ruchów”.

To nie pierwsza próba zespołu w BCI. Cztery lata temu współautorka badania Jennifer Collinger, adiunkt medycyny fizycznej i rehabilitacji oraz naukowiec z VA Pittsburgh Healthcare System, wraz z zespołem zademonstrowała BCI, które pomogło Janowi Scheuermannowi, który ma porażenie czterokończynowe spowodowane chorobą zwyrodnieniową. Film, na którym Scheuermann karmi się czekoladą użycie sterowanego umysłem ramienia robota było widoczne na całym świecie. Wcześniej Tim Hemmes, sparaliżowany w wypadku motocyklowym, wyciągnął rękę, by dotknąć dłoni swoją dziewczyną.

Ale sposób, w jaki nasze ramiona naturalnie poruszają się i wchodzą w interakcje z otaczającym nas środowiskiem, wynika z czegoś więcej niż tylko myślenia i poruszania odpowiednimi mięśniami. Jesteśmy w stanie odróżnić kawałek ciasta od puszki po napojach za pomocą dotyku, podnosząc ciasto delikatniej niż puszkę. Stała informacja zwrotna, którą otrzymujemy ze zmysłu dotyku, ma ogromne znaczenie, ponieważ mówi mózgowi, gdzie ma się poruszać io ile.

Dla kierownika badania Roberta Gaunta, adiunkta medycyny fizycznej i rehabilitacji, był to kolejny krok dla BCI.

Gdy Gaunt i współpracownicy szukali odpowiedniego kandydata, opracowali i udoskonalili swój system w taki sposób, że dane wejściowe z ramienia robota są przesyłane przez układ mikroelektrod wszczepiony do mózgu, w którym znajdują się neurony kontrolujące ruch dłoni i dotyk. Układ mikroelektrod i jego system sterowania, które zostały opracowane przez Blackrock Microsystems, wraz z ramieniem robota, które zostało zbudowane przez Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, utworzyły wszystkie elementy układanki.

Historia Copelanda

Zimą 2004 roku Copeland, który miał wtedy 18 lat, jechał nocą w deszczową pogodę, kiedy miał wypadek samochodowy, w wyniku którego złamał mu kark i uszkodził rdzeń kręgowy, powodując porażenie czterokończynowe od górnej części klatki piersiowej w dół.

Po wypadku wpisał się do rejestru pacjentów chętnych do udziału w badaniach klinicznych. Prawie dekadę później zespół badawczy zapytał go, czy byłby zainteresowany udziałem w badaniu eksperymentalnym.

Po przejściu testów przesiewowych Copeland został przewieziony na salę operacyjną zeszłej wiosny. Zastosowano techniki obrazowania, aby zidentyfikować dokładne obszary w mózgu Copelanda odpowiadające odczuciom w każdym z jego palców i dłoni.

„Czuję prawie każdy palec – to naprawdę dziwne uczucie” — powiedział Copeland około miesiąca po operacji. „Czasami odczuwam elektryczność, a czasem nacisk, ale w większości przypadków potrafię rozpoznać większość palców z określoną precyzją. Czuję, jakby moje palce były dotykane lub popychane”.

W tym czasie Copeland może odczuwać ciśnienie i do pewnego stopnia rozróżniać jego intensywność, chociaż nie może określić, czy substancja jest gorąca, czy zimna, wyjaśnia współbadacz badania i neurochirurg Elizabeth Tyler-Kabara.

Gaunt mówi, że wszystko w tej pracy ma na celu wykorzystanie naturalnych, istniejących zdolności mózgu, aby zwrócić ludziom to, co zostało utracone, ale nie zapomniane.

„Ostatecznym celem jest stworzenie systemu, który porusza się i czuje tak samo, jak naturalne ramię” — mówi Gaunt. „Przed nami długa droga, ale to dobry początek”.

Program Rewolucjonizująca Protetyka Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony zapewnił większość funduszy.

Źródło: University of Pittsburgh

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon