Cei doi pacienți paralizați au mers pe jos și mergeau pe benzi de alergare în cel mai scurt timp. Această fază impresionantă a fost posibilă printr-o intervenție chirurgicală fără precedent, în care cercetătorii au implantat dispozitive wireless în creierul pacienților care și-au înregistrat activitatea creierului. Tehnologia a permis creierului să comunice cu picioarele - ocolind căile măduvei spinării - astfel încât pacientul să-și poată recăpăta controlul.
Continut Asemanator
- Modul în care hacking-ul rețelelor neuronale poate ajuta amputatele să crape impecabil un ou
- Cinci bărbați paralizați își mișcă picioarele din nou într-un studiu UCLA
S-a dovedit că acești pacienți erau maimuțe. Dar acest mic pas pentru maimuțe ar putea duce la un salt uriaș pentru milioane de oameni paralizați: același echipament a fost deja aprobat pentru utilizare la om, iar în Elveția sunt în desfășurare studii clinice pentru a testa eficacitatea terapeutică a metodei de stimulare a măduvei spinării la om. (minus implantul creierului). Acum, că cercetătorii au o dovadă de concept, acest tip de neurotehnologie wireless ar putea schimba viitorul recuperării paraliziei.
În loc să încerce să repare căile măduvei spinării deteriorate care, de obicei, transmit semnalele creierului la membre, oamenii de știință au încercat o abordare inovatoare pentru a inversa paralizia: ocolirea totală a gâtului de leziune. Implantul a funcționat ca o punte între creier și picioare, direcționând mișcarea picioarelor și stimulând mișcarea musculară în timp real, spune Tomislav Milekovic, cercetător la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) din Elveția. Milekovic și coautorii își raportează concluziile într-o nouă lucrare publicată miercuri în revista Nature .
Când rețeaua neuronală a creierului procesează informații, ea produce semnale distinctive - pe care oamenii de știință au învățat să le interpreteze. Cei care conduc mersul în primate își au originea în regiunea de dimensiuni dime cunoscută sub numele de cortexul motor. La un individ sănătos, semnalele se deplasează pe măduva spinării spre regiunea lombară, unde direcționează activarea mușchilor picioarelor pentru a permite mersul.
Dacă o vătămare traumatică blochează această conexiune, un subiect este paralizat. Deși creierul este în continuare capabil să producă semnale corespunzătoare, iar rețelele neuronale care activează mușchii picioarelor sunt intacte, aceste semnale nu ajung niciodată la picioare. Cercetătorii au reușit să restabilească conexiunea în timp real, tehnologie wireless - un lucru fără precedent.
Cum funcționează sistemul? Interfața artificială a echipei începe cu o serie de aproape 100 de electrozi implantați în cortexul motor al creierului. Este conectat la un dispozitiv de înregistrare care măsoară activitățile electrice din creier care controlează mișcările picioarelor. Dispozitivul trimite aceste semnale către un computer care decodează și traduce aceste instrucțiuni într-un alt tablou de electrozi implantați în măduva spinării inferioară, sub vătămare. Când al doilea grup de electrozi primește instrucțiunile, acesta activează grupele musculare corespunzătoare la nivelul picioarelor.
Pentru studiu, celor două maimuțe Rhesus macaque li s-au administrat leziuni ale măduvei spinării în laborator. După intervențiile chirurgicale, au fost nevoiți să petreacă câteva zile în recuperarea și în așteptarea ca sistemul să colecteze și să calibreze datele necesare cu privire la starea lor. Dar la doar șase zile de la rănire, o maimuță mergea pe o banda de alergare. Cealaltă era în picioare și mergea în ziua 16 după accidentare.
Succesul implantului creierului demonstrează pentru prima dată cum neurotehnologia și stimularea măduvei spinării pot restabili capacitatea de mers a primatului. „Sistemul a restabilit mișcările locomotorii imediat, fără niciun fel de antrenament sau reînvățare”, a declarat pentru Smithsonian.com Milekovic, care inginează sisteme neuroprotetice bazate pe date.
„Prima dată când am activat interfața creier-coloană vertebrală a fost un moment pe care nu îl voi uita niciodată”, a adăugat cercetătorul EPFL, Marc Capogrosso, într-o declarație.
Un nou implant cerebral trimite wireless semnalele grupelor musculare ale picioarelor. (Ilustrație de Jemere Ruby) Tehnica de „hacking” a rețelelor neuronale ale creierului a produs feste remarcabile, cum ar fi contribuirea la crearea protezelor sensibile la atingere, care permit purtătorilor să îndeplinească sarcini delicate, precum craparea unui ou. Dar multe dintre aceste eforturi folosesc conexiunile prin cablu între creier și dispozitivele de înregistrare, ceea ce înseamnă că subiecții nu se pot mișca liber. „Controlul neuronal al mișcărilor mâinilor și brațelor a fost investigat în detaliu, în timp ce controlul neuronal al mișcărilor picioarelor a fost pus mai puțin în atenție, ceea ce a impus ca animalele să se miște liber și natural”, spune Milekovic.
Christian Ethier, un neurolog în cadrul Universității Laval din Quebec, care nu a fost implicat în cercetare, a numit lucrarea un „pas important înainte în dezvoltarea sistemelor neuroprotetice.” El a adăugat: „Cred că această demonstrație va accelera traducerea creierului invaziv. -interfețe de calcul pentru aplicații umane.
Într-o piesă însoțitoare de News & Views în Nature, neurologul Andrew Jackson este de acord, subliniind cât de repede progresele în acest domeniu au trecut de la maimuțe la oameni. O lucrare din 2008, de exemplu, a demonstrat că maimuțele paralizate pot controla un braț robotizat doar cu creierul lor; patru ani mai târziu, o femeie paralizată a făcut la fel. La începutul acestui an, stimularea musculară controlată de creier a permis unei persoane cvadriplegice să înțeleagă articole, printre alte abilități practice ale mâinii, după ce în 2012 a fost obținut același lucru.
Jackson conchide din această istorie că „nu este rezonabil să speculăm că am putea vedea primele demonstrații clinice de interfețe între creier și măduva spinării până la sfârșitul deceniului”.
Matricea de electrozi Blackrock implantată în creierul maimuțelor a fost utilizată timp de 12 ani pentru a înregistra cu succes activitatea creierului în studiile clinice BrainGate; numeroase studii au demonstrat că acest semnal poate controla cu exactitate dispozitivele neuroprotetice complexe. In timp ce necesita o interventie chirurgicala, matricea este de ordinul marimii mai mic decat simulatoarele cerebrale profunde implantate chirurgical deja folosite de peste 130.000 de persoane cu boala Parkinson sau alte tulburari ale miscarii, adauga Milekovic.
În timp ce acest test s-a limitat la doar câteva faze ale activității creierului legate de mersul pe jos, Ethier sugerează că ar putea să permită o gamă mai mare de mișcare în viitor. „Folosind aceleași implanturi cerebrale, este posibil să decodăm intenția de mișcare într-o mult mai detaliat, similar cu ceea ce am făcut pentru a restabili funcția de apucare. ... Mă aștept ca evoluțiile viitoare să depășească și să includă alte abilități, cum ar fi compensarea obstacolelor și ajustarea vitezei de mers. "
Ethier remarcă o altă posibilitate intrigantă: Sistemul wireless ar putea ajuta organismul să se vindece singur. „Prin re-sincronizarea activității în creier și în centrele motorii spinale, acestea ar putea promova ceea ce se numește„ neuroplasticitatea dependentă de activitate ”și ar putea consolida orice conexiuni cruțate care leagă creierul cu mușchii”, spune el. Acest lucru ar putea avea efecte terapeutice pe termen lung și să promoveze recuperarea naturală a funcției dincolo de ceea ce este posibil cu terapiile de reabilitare convenționale.
Acest fenomen nu este bine înțeles și posibilitatea rămâne speculativă în acest moment, subliniază el. Însă realizarea tangibilă pe care o demonstrează această cercetare - ajutorarea din nou a mersului paralizat cu creierul lor - este deja un pas uriaș.
