Az „elme által irányított” bionikus eszközök fejlesztése ma újabb lépéssel közelebb került az a Természet Biotechnológiai papír leírja, hogy egy apró, 3 cm hosszú, 12 elektródát tartalmazó stent hogyan segíthet egy napon a gerincvelő-sérüléssel élő embereknek a gondolat erejével járni.

A „stentrodának” nevezett eszközt a nyaki jugularis vénába helyezik, és addig tolják felfelé a vénában, amíg el nem éri az agy izomtevékenységéért felelős motoros kéregét.

Részt vettem az eszközt fejlesztő és tesztelő 39 fős csapatban, és most egy klinikai vizsgálatot tervezünk jövőre Victoriában.

Hogyan működik?

A sztentróda pozíciója a motoros kéreg mellett lehetővé teszi számára, hogy olyan idegi jeleket fogadjon, amelyek mozgást indítanak el. Ezeket a jeleket 12 mikrovezetéken keresztül egy számítógépes interfészre küldi.

A Melbourne-i Egyetem. forrás

Itt a jelek olyan információkká alakulnak, amelyek bármit manipulálhatnak a bionikus protézistől a teljes test külső vázáig, egy transzformátor típusú külső vázig.

A munka korábbi kutatásokra épít, amelyek 2002-ben megállapították a majmok mozgathatták a számítógép kurzorát a gondolat erejével. Ez azt mutatta, hogy elméletileg lehetséges egy bionikus végtag irányítása pusztán gondolat segítségével.

Ezután a kutatók elektródákat használtak, mint például a Utah elektródasor, és sebészeti úton közvetlenül a koponya alá ültették be az ember kéregébe. Ezek az eszközök csodálatos eredményeket produkáltak, beleértve a képesség a bénult betegek számára egy távoli, a testtől teljesen elválasztott bionikus végtagot működtetni és egy korty kávét inni. Ezeket az eszközöket még fejleszti az ún BrainGate.

Ezeknek az eszközöknek a behelyezése azonban komoly agyműtétet igényel, amely fertőzés és az immunrendszer kilökődésének kockázatával jár. A sebészileg beültetett elektródasorok szintén agyi gyulladást okozhatnak, és hat hónaptól egy évig tartó jelminőség romlást szenvedhetnek el.

A stentrode célja ezeknek a problémáknak a leküzdése. Az agy érrendszerében ülve a sztentróda beépül az érfalba, megvédve azt az agyi immunsejtektől. Preklinikai vizsgálataink azt mutatják, hogy a sztentróda által felfogott agyi jelek idővel tisztábbá és erősebbé válnak, ahogy ez a véredénybeépülés megtörténik.

Következő lépés: betegek beültetése

Az első betegek, akik kapnak stentróda implantátumot, azok lesznek, akik gerincsérülést szenvedtek, és quadriplegiával végződtek.

Az implantátum beültetése előtt a betegek funkcionális MRI-vizsgálatot végeznek. Arra kérik őket, hogy képzeljék el, hogy karjukat balra és jobbra, fel és le mozgatják, és képzeljék el, hogy a kezüket a számítógép képernyőjén a célpontok felé mozgatják.

Ez létrehoz egy virtuális térképet a motoros kéregről, amelyet a sebészek megcélozhatnak a sztentróda beültetési műtét során, így biztosítva, hogy az eszköz a motoros kéreg megfelelő régióját fedje le.

Ezután a páciens saját agya elkezdi a tanulási paradigmát, amely nagyon hasonlít a hangszeren való játék megtanulásához, vagy egy új motoros készséghez. A motoros kéreg neuronjai a páciens gondolataira reagálva tüzelnek, ami aztán egy kurzor, bionikus végtag vagy exoskeleton mozgásává válik.

Kezdetben ezek a mozdulatok rángatózósak, koordinálatlanok lesznek, és helytelen eredményt eredményeznek. De a próba és hiba folyamatán keresztül az agy neuroplasztikus tulajdonságai lehetővé teszik az idegi tevékenység finomítását, és végül lehetővé teszik az olyan összehangolt tevékenységeket, mint a kávéivás vagy a külső csontváz segítségével való járás.

Egyéb lehetséges felhasználások

Az agy erősen elágazó érrendszere azt jelenti, hogy a sztentróda potenciálisan más erekben is lerakódhat különféle betegségek kezelésére.

Előre jelezheti például az epilepsziás rohamokat, ha a rohamokat kiváltó agyi régióba helyezik. Az agy idegi aktivitása előre látható módon változik a roham kezdete előtt. A sztentróda képes felvenni ezeket az ellenőrző figyelmeztető jelzéseket, figyelmeztetve a pácienst, hogy hagyjon fel minden olyan tevékenységgel, amely őt vagy másokat veszélybe sodorhat, mint például a vezetés vagy az úszás.

A sztentróda neurostimulációs eszközként is használható. A Parkinson-kór jelenlegi terápiái közé tartozik a mélyagyi stimuláció (DBS) a sima, összehangolt mozgásokhoz szükséges dopamin felszabadítása érdekében. A stentróda alternatív stimulátorként való használata enyhíti a kockázatok stimulátorok mélyen az agyba történő beültetéséről.

Az eszköz segítséget nyújthat a motoros neuronbetegségben (MND) szenvedő embereknek is, akiket megfosztottak attól, hogy mozogjanak, beszéljenek, enjenek és végül lélegezzenek. Abban a szakaszban, amikor az emberek elveszítik a kommunikációs képességüket, a stentrodát arra lehet használni, hogy interfészt biztosítson az emberek számára a számítógép vezérléséhez. Ez értékes hónapokat vagy éveket adhat nekik, amikor folytathatják a kommunikációt szeretteikkel.

A stentrode első humán klinikai vizsgálatait 2017-re tervezik. Feltéve, hogy látjuk a várt eredményeket, reméljük, hogy a technológia kereskedelmi forgalomban kapható változata a 2020-as évek első felében elérhető lesz.

Eközben az egyik cél több elektróda hozzáadása, ami lehetővé teszi a bénult betegek számára, hogy ne csak újra járjanak, hanem finom ujjmozgásokat is végezhessenek. Láthatunk egy napon „bénult” hegedűvirtuózt? Megpróbálhatjuk.