Agyimplantátum, amely lehetővé teszi a bénult majmok járását

A tudósok vezeték nélküli „agy-gerinc interfész” segítségével megkerülték a gerincvelő sérüléseit egy rhesus makákóban, helyreállítva a szándékos járási mozgást egy ideiglenesen megbénult lábon.

A kutatók szerint ez az első alkalom, hogy egy idegprotézist használtak fel arra, hogy helyreállítsák a járást közvetlenül a nem főemlősök lábain.

"Az általunk kifejlesztett rendszer az agy motoros kéregéből rögzített jeleket használja a gerinc idegeinek összehangolt elektromos stimulációjának kiváltására, amelyek felelősek a mozgásért"-mondja David Borton, a Brown Egyetem mérnöki adjunktusa és társszerzője tanulmányból. "Bekapcsolt rendszer esetén a vizsgált állatok közel normális mozgást végeztek."

A munka segíthet egy hasonló rendszer kifejlesztésében, amelyet olyan emberek számára terveztek, akiknek gerincvelő -sérüléseik voltak.

Állítsa helyre a kommunikációt

"Bizonyítékok utalnak arra, hogy az agy által vezérelt gerinc stimuláló rendszer fokozhatja a gerincvelő sérülése utáni rehabilitációt"-mondja Borton. "Ez egy lépés a lehetőség további tesztelése felé."

Grégoire Courtine, az Ecole Polytechnique Federale Lausanne (EPFL) professzora, az együttműködés vezetője, klinikai vizsgálatokat kezdett Svájcban, hogy tesztelje a felület gerincét. Figyelmeztet: „Sok kihívás áll előttünk, és több évbe is beletelhet, amíg a beavatkozás minden összetevőjét kipróbálhatják az emberek.”


belső feliratkozási grafika


A gyaloglás lehetséges az agy és a gerincvelő idegsejtjei közötti összetett kölcsönhatás miatt. Az agy motoros kéregéből származó elektromos jelek az alsó gerincvelő ágyéki régiójába vezetnek, ahol aktiválják azokat a motoros idegsejteket, amelyek koordinálják a láb nyújtásáért és hajlításáért felelős izmok mozgását.

A felső gerinc sérülése megszakíthatja a kommunikációt az agy és az alsó gerincvelő között. Mind a motoros kéreg, mind a gerincvelői idegsejtek teljesen működőképesek lehetnek, de nem tudják összehangolni tevékenységüket. A tanulmány célja az volt, hogy helyreállítsa a kommunikáció egy részét.

Az agy-gerinc interfész egy pirula méretű elektródát használ az agyba ültetve, hogy rögzítse a motoros kéregből érkező jeleket. Az érzékelőtechnológiát részben embereken végzett vizsgálati célokra fejlesztette ki a BrainGate együttműködés, amely a Brown, a Case Western Reserve University, a Massachusetts General Hospital, a Providence VA Medical Center és a Stanford Egyetem kutatócsoportja.

A technológiát a folyamatban lévő kísérleti klinikai vizsgálatokban használják, és korábban a tanulmány Leigh Hochberg barna neuromérnök vezetésével, amelyben a tetraplegiában szenvedők képesek voltak egy robotkar működtetésére, egyszerűen a saját kezük mozgására gondolva.

Egy vezeték nélküli neuroszenzor, amelyet Bortont is magában foglaló csapat Arto Nurmikko Brown professzor idegmérnöki laboratóriumában fejlesztett ki, az agychip által gyűjtött jeleket vezeték nélkül elküldi egy számítógépre, amely dekódolja azokat, és vezeték nélkül visszaküldi az ágyéki implantátumba gerinc, a sérülés területe alatt. Ez az elektromos stimuláció, amelyet a dekódolt agy koordinál, a mozgást szabályozó gerincidegeknek jelez.

Az agyjelek dekódolásának kalibrálásához a kutatók egészséges makákókba ültették be az agyérzékelőt és a vezeték nélküli jeladót. Az érzékelő által továbbított jeleket ezután le lehet képezni az állatok lábmozgására. Megmutatták, hogy a dekóder képes pontosan megjósolni a lábizmok nyújtásával és hajlításával járó agyi állapotokat.

A vezeték nélküli kapcsolat kulcsfontosságú

Az agyi jelek vezeték nélküli továbbításának képessége kritikus volt ehhez a munkához, mondja Borton. A vezetékes agyérzékelő rendszerek korlátozzák a mozgás szabadságát, ami viszont korlátozza azt az információt, amelyet a kutatók össze tudnak gyűjteni a mozgásról.

"Ha ezt vezeték nélkül hajtjuk végre, feltérképezhetjük az idegi aktivitást normális környezetben és természetes viselkedés közben" - mondja Borton. "Ha valóban olyan neuroprotetikumokra törekszünk, amelyek egyszer felhasználhatók az emberi betegek segítésére a mindennapi élet során, akkor az ilyen kötetlen rögzítési technológiák kritikusak lesznek."

A jelenlegi munkához, amely a Természet, A kutatók egyesítették megértésüket arról, hogy az agyi jelek hogyan befolyásolják a mozgást, a gerinc térképeivel, amelyeket Courtine EPFL laboratóriuma dolgozott ki, amelyek azonosították a gerinc mozgásszervi szabályozásáért felelős idegi hotspotjait. Ez lehetővé tette a csapat számára, hogy azonosítsa azokat az idegköröket, amelyeket a gerinc implantátumnak stimulálnia kell.

Ezekkel a darabokkal a helyükön a kutatók az egész rendszert két makákón tesztelték, olyan elváltozásokkal, amelyek a gerincvelő felét átfogták a mellkasi gerincükben. A kutatók szerint az ilyen típusú sérüléses makákók általában visszanyerik az érintett láb funkcionális ellenőrzését. A csapat a sérülést követő hetekben tesztelte rendszerét, amikor még mindig nem volt akaratlagos kontroll az érintett láb felett.

Az eredmények azt mutatják, hogy a rendszer bekapcsolásával az állatok spontán elkezdték mozgatni a lábukat, miközben futópadon sétáltak. Az egészséges kontrollokkal végzett kinematikai összehasonlítások azt mutatták, hogy a sérült makákók az agy által vezérelt stimuláció segítségével közel normális mozgásszervi mintákat tudtak létrehozni.

Míg annak bizonyítása, hogy a rendszer nem emberi főemlősökön működik, fontos lépés, a kutatók hangsúlyozták, hogy sokkal több munkát kell végezni a rendszer emberben történő tesztelésének megkezdéséhez. A vizsgálat során számos korlátozásra is rámutattak.

Például, bár a tanulmányban használt rendszer sikeresen továbbította a jeleket az agyból a gerincbe, hiányzik az a képessége, hogy az érzékszervi információkat visszajuttassa az agyba. A csapat azt sem tudta tesztelni, hogy az állatok mekkora nyomást tudtak kifejteni az érintett lábon. Bár egyértelmű volt, hogy a végtag teherbíró, ebből a munkából nem derült ki, hogy mennyit.

"Egy teljes transzlációs tanulmányban szeretnénk több számszerűsítést végezni arról, hogy az állat mennyire kiegyensúlyozott a gyaloglás során, és mérni az erőket, amelyeket képesek alkalmazni" - mondja Borton.

A korlátozások ellenére a kutatás meghatározza a főemlősök jövőbeni tanulmányainak színpadát, és bizonyos esetekben potenciálisan az emberek rehabilitációs segédeszközeként.

„Van egy közmondás az idegtudományban, hogy az egymással tüzelő áramkörök összekapcsolódnak” - mondja Borton. „Az ötlet itt az, hogy ha az agyat és a gerincvelőt összekapcsoljuk, akkor képesek lehetünk fokozni a körök növekedését a rehabilitáció során. Ez ennek a munkának az egyik fő célja, és általában ez a terület. ”

A finanszírozás az Európai Közösség Hetedik Keretprogramjából, a Paraplegia Kutatás Nemzetközi Alapítványából, az Európai Kutatási Tanács, a genfi ​​Wyss Központ Marie Curie ösztöndíjból, a Marie Curie COFUND EPFL ösztöndíjakból, a Medtronic Morton Cure Paralysis Fund ösztöndíjból, a NanoTera.ch -ból származik. Program, a Robotika Sinergia Kutatás Nemzeti Kompetencia Központja, a kínai-svájci Tudományos és Technológiai Együttműködés, valamint a Svájci Nemzeti Tudományos Alapítvány.

Forrás: Brown University

{youtube}pDLCuCpn_iw{/youtube}

Kapcsolódó könyvek:

at InnerSelf Market és Amazon