Valamilyen egyszerű dolog, mint egy csésze tea felszívása, rettentő sok intézkedést igényel a testétől. A kar izmai izzanak, hogy a karját a csésze felé mozdítsák. Az ujjizmok kilőnek, hogy kinyissa a kezét, majd hajlítsa körbe a fogantyút. A vállizmok megakadályozzák, hogy a karja kiugorjon a vállából, és a magizmok ügyeljenek arra, hogy ne boruljanak fel a csésze extra súlya miatt. Mindezeknek az izmoknak precízen és összehangoltan kell lőniük, és az egyetlen tudatos erőfeszítésed a gondolat: „Tudom: tea!”
Ezért olyan bonyolult, hogy a bénult végtag újra mozogni tudjon. A legtöbb bénult izom még dolgozhat, de az agyukkal való kommunikációjuk megszakadt, így nem kapnak utasítást a tüzelésre. A gerincvelő sérüléseit még nem tudjuk helyrehozni, így az egyik megoldás a megkerülés és az utasítások mesterséges megadása az izmoknak. Az agytevékenység olvasására és értelmezésére szolgáló technológia fejlődésének köszönhetően ezek az utasítások egy napon közvetlenül a páciens tudatából származhatnak.
A bénult izmokat lángra lobbanthatjuk, ha stimuláljuk őket az izmok belsejében vagy az őket ellátó idegek körül elhelyezett elektródákkal. funkcionális elektromos stimuláció (FES). A bénult emberek mozgásának elősegítése mellett a húgyhólyag működésének helyreállítására, hatékony köhögésre és fájdalomcsillapításra is használják. Ez egy lenyűgöző technológia, amely nagy változást hozhat a gerincvelő sérültjeinek életében.
Dimitra Blana és munkatársai a Keele -n azon dolgoznak, hogyan illesszék össze ezt a technológiát a komplex készlettel a kar működtetéséhez szükséges utasításokat. Ha fel akarja venni azt a csésze teát, mely izmoknak kell tüzelniük, mikor és mennyivel? Az égetési utasítások bonyolultak, és nem csak az érintett mag-, váll-, kar- és ujjizmok nagy száma miatt. Ahogy lassan issza a teát, ezek az utasítások megváltoznak, mivel a csésze súlya változik. Ha valami mást szeretne tenni, például vakarja az orrát, az utasítások teljesen mások.
Ahelyett, hogy csak kipróbálná a különböző tüzelési mintákat a bénult izmokon, abban a reményben, hogy megtalálja a megfelelőt, használhatja a mozgásszervi rendszer számítógépes modelljei hogy kiszámítsam őket. Ezek a modellek matematikai leírások arra vonatkozóan, hogy az izmok, a csontok és az ízületek hogyan működnek és kölcsönhatásba lépnek mozgás közben. A szimulációk során erősebbé vagy gyengébbé teheti az izmokat, „megbéníthatja” vagy „külsőleg stimulálhatja”. Gyorsan és biztonságosan tesztelheti a különböző égetési mintákat, és ráállíthatja a modelleket, hogy újra és újra felvegyék a teáscsészéjüket - néha sikeresebben, mint mások.
Az izmok modellezése
A technológia teszteléséhez a Keele csapata a Cleveland FES Központ az USA -ban, ahol beültetnek akár 24 elektróda a kutatásban résztvevők izmaiba és idegeibe. A modellezés segítségével döntik el, hol kell elhelyezni az elektródákat, mert a jelenlegi FES rendszerekben több bénult izom van, mint elektróda.
Ha választani kell, akkor jobb a subscapularis vagy a supraspinatus stimulálása? Ha stimulálja a hónaljideget, akkor az elektródát az elágazás előtt vagy után kell elhelyezni a teres minorhoz? E nehéz kérdések megválaszolásához szimulációkat futtatnak különböző elektródakészletekkel és válassza ki azt, amely lehetővé teszi a számítógépes modellek számára, hogy a leghatékonyabb mozgásokat végezzék.
{youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}
Jelenleg a csapat a vállon dolgozik, amelyet a rotátor mandzsettának nevezett izomcsoport stabilizál. Ha rosszul értelmezi a kar égetési utasításait, akkor az a vajas kés helyett a leves kanálhoz nyúlhat. Ha rosszul kapja meg a forgó mandzsetta utasításait, a kar kiugorhat a vállból. Ez nem jó megjelenés a számítógépes modellek számára, de nem panaszkodnak. A kutatásban résztvevők kevésbé lennének elnézőek.
Az, hogy tudjuk, hogyan lehet aktiválni a bénult izmokat olyan hasznos mozdulatok előállításához, mint a megfogás, csak a probléma fele. Azt is tudnunk kell, mikor kell aktiválni az izmokat, például amikor a felhasználó fel akar venni egy tárgyat. Az egyik lehetőség, hogy ezeket az információkat közvetlenül az agyból olvassuk. Mostanában, kutatók az USA -ban implantátummal hallgatta a bénult egyén agyának egyes sejtjeit. Mivel a különböző mozgások különböző agyi aktivitási mintákkal járnak, a résztvevő kiválaszthatott egyet a hat előre programozott mozgás közül, amelyeket ezután a kézizmok stimulálása generált.
Az agy olvasása
Ez izgalmas előrelépés volt az idegprotézis területén, de sok kihívás maradt. Ideális esetben az agyimplantátumoknak sok évtizedig kell tartaniuk - jelenleg nehéz ugyanazokat a jeleket rögzíteni akár több hét alatt is, ezért ezeket a rendszereket rendszeresen újra kell kalibrálni. Használata új implantátum tervek or különböző agyi jelek javíthatja a hosszú távú stabilitást.
Ezenkívül az implantátumok a végtagjainkat irányító sejtek millióinak csak egy kis részét hallgatják, így a leolvasható mozgások köre korlátozott. Azonban, a robotvégtagok agykontrollja több szabadságfokot (mozgás, forgatás és megragadás) értek el, és ennek a technológiának a lehetőségei gyorsan fejlődnek.
Végül, a sima, könnyed mozdulatokat, amelyeket általában természetesnek veszünk, gazdag érzékszervi visszajelzések irányítják, amelyek megmondják, hol vannak a karjaink a térben, és mikor érintik az ujjaink a tárgyakat. Ezek a jelek azonban sérülés után is elveszhetnek kutatók dolgoznak az agyimplantátumokon, amelyek egy napon helyreállíthatják az érzést és a mozgást.
Egyes tudósok azt feltételezik, hogy az agyolvasási technológia segíthet az ép személyeknek hatékonyabban kommunikálni számítógépekkel, mobiltelefonokkal és akár közvetlenül más agyakhoz. Ez azonban továbbra is a sci -fi birodalma, míg az orvosi alkalmazások agykontrollja gyorsan klinikai valósággá válik.
A szerzőkről
Dimitra Blana, a Keele Egyetem orvosbiológiai kutatója
Andrew Jackson, a Wellcome Trust vezető kutatója, Newcastle Egyetem
Ezt a cikket eredetileg közzétették A beszélgetés. Olvassa el a eredeti cikk.
Kapcsolódó könyvek
at InnerSelf Market és Amazon
