Rozwój „sterowanych umysłem” urządzeń bionicznych zbliżył się dziś o kolejny krok, publikując Papier Nature Biotechnologia opisuje, jak mały stent o długości 3 cm zawierający 12 elektrod może pewnego dnia pomóc ludziom żyjącym z uszkodzeniem rdzenia kręgowego chodzić z siłą myśli.

Urządzenie, zwane „stentrodą”, wprowadza się do żyły szyjnej w szyi i popycha żyłę w górę, aż dotrze do kory ruchowej mózgu, która odpowiada za aktywność mięśni.

Byłem częścią 39-osobowego zespołu opracowującego i testującego urządzenie, a teraz planujemy badanie kliniczne w przyszłym roku w Victorii.

Jak to działa?

Umiejscowienie stentrody obok kory ruchowej umożliwia mu odbieranie sygnałów neuronowych, które inicjują ruch. Wysyła te sygnały przez 12 mikroprzewodów do interfejsu komputera.

Uniwersytet w Melbourne. Źródło

Tutaj sygnały są tłumaczone na informacje, które mogą manipulować wszystkim, od bionicznej protezy kończyn po egzoszkielet całego ciała, zewnętrzny szkielet typu transformatora.

Praca opiera się na wcześniejszych badaniach, które w 2002 roku ustaliły małpy mogą poruszać kursorem komputera z mocą myśli. To pokazało, że teoretycznie możliwe jest kontrolowanie bionicznej kończyny za pomocą samej myśli.

Następnie badacze wykorzystali urządzenia elektrodowe, takie jak Matryca elektrod Utahi chirurgicznie wszczepiono je tuż pod czaszką do kory u ludzi. Urządzenia te przyniosły niesamowite rezultaty, w tym: zdolność dla pacjentów sparaliżowanych operować odległą bioniczną kończyną, całkowicie oddzieloną od ciała, i wypić łyk kawy. Urządzenia te są nadal rozwijane przez firmę o nazwie Brama Mózgu.

Jednak wprowadzenie tych urządzeń wymaga poważnej operacji mózgu, która niesie ryzyko infekcji i odrzucenia immunologicznego. Wszczepione chirurgicznie macierze elektrod mogą również powodować zapalenie mózgu i pogarszać jakość sygnału w ciągu sześciu miesięcy do roku.

Stentroda ma na celu przezwyciężenie tych problemów. Siedząc w układzie naczyniowym mózgu, stentroda zostaje wbudowana w ścianę naczynia, osłaniając ją przed komórkami układu odpornościowego mózgu. Nasze badania przedkliniczne pokazują, że sygnały mózgowe, że stentrode podnosi się, z czasem stają się czystsze i silniejsze w miarę wbudowywania się naczyń krwionośnych.

Kolejny krok: implantacja pacjentów

Pierwszymi pacjentami, którzy otrzymają implanty stentrody, będą osoby, które doznały urazu kręgosłupa i skończyły z tetraplegią.

Przed otrzymaniem implantu pacjenci zostaną poddani funkcjonalnemu rezonansowi magnetycznemu. Zostaną poproszeni o wyobrażenie sobie poruszania ręką w lewo iw prawo, w górę iw dół oraz wyobrażenia sobie poruszania ręką w kierunku celów na ekranie komputera.

W ten sposób powstanie wirtualna mapa kory ruchowej, do której chirurdzy mogą dążyć podczas operacji implantacji stentrody, aby zapewnić, że urządzenie nakryje odpowiedni obszar kory ruchowej.

Wtedy własny mózg pacjenta rozpocznie paradygmat uczenia się, bardzo podobny do nauki gry na instrumencie lub nowej umiejętności motorycznej. Neurony w korze ruchowej zostaną uruchomione w odpowiedzi na myśl pacjenta, która następnie zostanie przełożona na ruch kursora, bionicznej kończyny lub egzoszkieletu.

Początkowo te ruchy będą szarpane, nieskoordynowane i dadzą nieprawidłowy wynik. Jednak w procesie prób i błędów właściwości neuroplastyczne mózgu pozwolą mu udoskonalić aktywność neuronalną, ostatecznie umożliwiając skoordynowane czynności, takie jak picie kawy lub chodzenie z pomocą egzoszkieletu.

Inne możliwe zastosowania

Silnie rozgałęziony układ naczyniowy mózgu oznacza, że ​​stentroda może potencjalnie odkładać się w innych naczyniach, aby leczyć różne choroby.

Ma potencjał do przewidywania napadów padaczkowych, na przykład, jeśli zostanie umieszczony w obszarze mózgu, który powoduje napady. Aktywność neuronalna mózgu zmienia się w przewidywalny sposób przed wystąpieniem napadu. Stentroda może odbierać te charakterystyczne sygnały ostrzegawcze, ostrzegając pacjenta, aby zaprzestał wszelkich czynności, które mogłyby narazić ich lub innych na niebezpieczeństwo, takich jak prowadzenie pojazdu lub pływanie.

Stentrodę można również wykorzystać jako urządzenie do neurostymulacji. Obecne terapie choroby Parkinsona obejmują stymulację głębokiego mózgu (DBS) w celu uwolnienia dopaminy wymaganej do płynnych, skoordynowanych ruchów. Użycie stentrody jako alternatywnego stymulatora złagodziłoby ryzyko wszczepiania stymulatorów w głąb mózgu.

Urządzenie może również pomóc osobom z chorobą neuronu ruchowego (MND), które są pozbawione możliwości poruszania się, mówienia, jedzenia i ostatecznie oddychania. Na etapie, w którym ludzie tracą zdolność komunikowania się, stentroda może być wykorzystana jako interfejs do sterowania komputerem. To może dać im cenne miesiące lub lata, w których będą mogli nadal komunikować się ze swoimi bliskimi.

Pierwsze badania kliniczne stentrody na ludziach zaplanowano na 2017 rok. O ile zobaczymy oczekiwane wyniki, mamy nadzieję, że komercyjnie dostępna wersja technologii będzie dostępna w pierwszej połowie 2020 roku.

W międzyczasie jednym z celów jest dodanie większej liczby elektrod, co pozwoli sparaliżowanym pacjentom na lepszą kontrolę nie tylko ponownego chodzenia, ale także uzyskania precyzyjnych ruchów palców. Czy moglibyśmy kiedyś zobaczyć „sparaliżowanego” wirtuoza skrzypiec? Możemy spróbować.