Kaksi halvaantunut potilasta oli ylös ja käveli juoksumatolla hetkessä. Tämän vaikuttavan saavutuksen teki mahdolliseksi ennennäkemätön uusi leikkaus, jossa tutkijat implantoivat potilaan aivoihin langattomia laitteita, jotka rekisteröivät heidän aivotoimintansa. Tekniikan avulla aivot pystyivät kommunikoimaan jalkojen kanssa - ohittaen murtuneet selkäytimen polut -, jotta potilas voi jälleen saada hallintaansa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Kuinka hermostoverkkojen hakkerointi voi auttaa amputeutuneita virheellisesti murskaamaan munan
- Viisi halvaantunutta miestä liikuttavat jalkansa uudelleen UCLA-tutkimuksessa
Nämä potilaat osoittautuivat apinoiksi. Mutta tämä pieni apinoille suuntautuva askel voi johtaa jättiläismäiseen hyppyyn miljoonille halvaantuneille ihmisille: Sama laite on jo hyväksytty käytettäväksi ihmisillä, ja Sveitsissä on käynnissä kliinisiä tutkimuksia selkäytimen stimulaatiomenetelmän terapeuttisen tehokkuuden testaamiseksi ihmisillä. (miinus aivoimplantti). Nyt kun tutkijoilla on todiste konsepista, tällainen langaton neuroteknologia voisi muuttaa halvauksen palautumisen tulevaisuutta.
Sen sijaan, että yrittäisimme korjata vaurioituneita selkäydinreittejä, jotka yleensä välittävät aivojen signaaleja raajoille, tutkijat kokeilivat innovatiivista lähestymistapaa kääntää halvaus: Ohittaa vamman pullonkaula kokonaan. Implantaatti toimi siltana aivojen ja jalkojen välillä, ohjaa jalkojen liikettä ja stimuloi lihasten liikkumista reaaliajassa, sanoo Sveitsin École Polytechnique Fédérale de Lausannen (EPFL) tutkija Tomislav Milekovic. Milekovic ja avustajat kertovat havainnoistaan uudessa lehdessä, joka julkaistaan keskiviikkona Nature- lehdessä.
Kun aivojen hermoverkko käsittelee tietoa, se tuottaa erottuvia signaaleja - joiden tutkijat ovat oppineet tulkitsemaan. Ne, jotka ajavat kädellisiä kädellisissä, ovat peräisin timanttikokoisesta alueesta, jota kutsutaan moottorikuoriksi. Terveellä yksilöllä signaalit kulkevat selkäytimen alapuolella lannerannalle, missä ne ohjaavat jalkalihasten aktivointia kävelyn mahdollistamiseksi.
Jos traumaattinen vamma ohittaa tämän yhteyden, kohde halvaantuu. Vaikka aivot kykenevät edelleen tuottamaan oikeat signaalit ja jalan lihaksia aktivoivat hermoverkot ovat ehjät, nuo signaalit eivät koskaan pääse jalkoihin. Tutkijat onnistuivat palauttamaan yhteyden perusteelliseen reaaliaikaiseen, langattomaan tekniikkaan - ennennäkemättömän saavutuksen.
Kuinka järjestelmä toimii? Ryhmän keinotekoinen rajapinta alkaa lähes sadan elektrodin ryhmällä, joka on istutettu aivojen motoriseen aivokuoreen. Se on kytketty tallennuslaitteeseen, joka mittaa aivojen sähköisten toimintojen esiintymistä, jotka säätelevät jalkojen liikkeitä. Laite lähettää nämä signaalit tietokoneelle, joka dekoodaa ja kääntää nämä ohjeet toiseen elektrodiryhmään, joka on istutettu ala-selkäytimeen vamman alapuolelle. Kun toinen elektrodiryhmä saa ohjeet, se aktivoi asianmukaiset lihasryhmät jaloissa.
Tutkimusta varten kahdelle Rhesus-makaki-apinalle annettiin laboratoriossa selkäydinvammat. Leikkauksensa jälkeen heidän oli vietettävä muutama päivä toipumiseen ja odottamaan, että järjestelmä kerää ja kalibroi tarvittavat tiedot heidän kunnostaan. Mutta vain kuusi päivää vamman jälkeen yksi apina käveli juoksumatolla. Toinen oli ylös ja käveli loukkaantumisen jälkeisenä päivänä 16.
Aivoimplantin menestys osoittaa ensimmäistä kertaa, kuinka neuroteknologia ja selkäytimen stimulaatio voivat palauttaa kädellisen kyvyn kävellä. "Järjestelmä palautti liikuntamoottorin liikkeet heti ilman mitään harjoittelua tai uudelleenoppimista", Milekovic, joka suunnittelee datavetoisia neuroproteesijärjestelmiä, kertoi Smithsonian.com-sivustolle.
"Ensimmäisen kerran kun otimme aivot-selkärajapinnan päälle, oli hetki, jota en koskaan unohda", lisäsi EPFL: n tutkija Marc Capogrosso lausunnossaan.
Uusi aivoimplantti lähettää langattomasti signaaleja jalkojen lihasryhmiin. (Kuva: Jemere Ruby) Aivojen hermoverkkojen "hakkeroinnin" tekniikka on tuottanut merkittäviä piirteitä, kuten auttamassa luomaan kosketusherkät proteesit, joiden avulla käyttäjän on mahdollista suorittaa arkaluontoisia tehtäviä, kuten munan murtaminen. Mutta monet näistä pyrkimyksistä käyttävät kaapeliyhteyksiä aivojen ja tallennuslaitteiden välillä, mikä tarkoittaa, että kohteet eivät pysty liikkumaan vapaasti. "Käsien ja käsivarren liikkeiden hermohallintaa tutkittiin erittäin yksityiskohtaisesti, kun taas vähemmän painotusta on annettu jalkojen liikkeiden hermostoon, mikä vaati eläimiä liikkumaan vapaasti ja luonnollisesti", Milekovic sanoo.
Christian Ethier, Quebecin yliopiston Lavalin neurotieteilijä, joka ei ollut mukana tutkimuksessa, kutsui työtä "suureksi edistysaskeleksi neuroproteesijärjestelmien kehittämisessä." Hän lisäsi: "Uskon, että tämä demonstraatio nopeuttaa invasiivisten aivojen kääntämistä. -tietokoneen rajapinnat kohti ihmissovelluksia.
Liitteenä olevassa News & Views -teoksessa Nature, neurotieteilijä Andrew Jackson on samaa mieltä ja huomauttaa, kuinka nopeasti edistysaskeleet tällä alalla ovat siirtyneet apinoista ihmisiin. Esimerkiksi vuoden 2008 julkaisu osoitti, että halvaantuneet apinat pystyivät hallitsemaan robottivarret vain aivoillaan; neljä vuotta myöhemmin halvaantunut nainen teki saman. Aiemmin tänä vuonna aivojen ohjaama lihasstimulaatio antoi nelitoimiselle henkilölle mahdollisuuden tarttua esineisiin muiden käytännön taitojen lisäksi sen jälkeen, kun sama saavutus saavutettiin apinoilla vuonna 2012.
Jackson päättelee tästä historiasta, että "ei ole kohtuutonta olettaa, että voisimme nähdä ensimmäiset kliiniset demonstraatiot aivojen ja selkäytimen välisistä rajapinnoista vuosikymmenen loppuun mennessä".
Apinoiden aivoihin implantoitua Blackrock-elektrodijärjestelmää on käytetty 12 vuoden ajan aivojen aktiivisuuden kirjaamiseksi onnistuneesti BrainGate-kliinisissä tutkimuksissa; Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä signaali voi tarkkaan hallita monimutkaisia neuroproteesia. "Vaikka se vaatii leikkausta, ryhmä on suuruusluokkaa pienempi kuin kirurgisesti implantoidut syvien aivojen simulaattorit, joita jo käyttää yli 130 000 ihmistä, joilla on Parkinsonin tauti tai muita liikuntahäiriöitä", Milekovic lisää.
Vaikka tämä testi rajoittui vain muutamiin aivotoiminnan vaiheisiin, jotka liittyvät kävelykävelyyn, Ethier ehdottaa, että se voisi mahdollisesti mahdollistaa suuremman liikkumisen tulevaisuudessa. ”Käyttämällä näitä samoja aivoimplantteja on mahdollista dekoodata liiketarkoitus paljon yksityiskohtaisemmin, samoin kuin mitä olemme tehneet otteen toiminnan palauttamiseksi. ... odotan, että tulevaisuuden kehitys ylittää sen ja mahdollisesti sisältää muita kykyjä, kuten esteiden korvaaminen ja kävelynopeuden säätäminen. "
Ethier huomauttaa toisen mielenkiintoisen mahdollisuuden: Langaton järjestelmä saattaa todella auttaa vartaloa parantumaan. "Synkronoimalla aivojen ja selkärangan motoristen keskusten toiminta uudelleen, ne voisivat edistää niin sanottua" aktiivisuudesta riippuvaa neuroplastisuutta "ja vakiinnuttaa kaikki säästetyt yhteydet, jotka yhdistävät aivot lihaksiin", hän sanoo. "Tällä voi olla pitkäaikaisia terapeuttisia vaikutuksia ja edistää toiminnan luonnollista palautumista pidemmälle kuin mitä tavanomaisilla kuntoutushoidoilla on mahdollista."
Tätä ilmiötä ei ymmärretä hyvin, ja mahdollisuus on tässä vaiheessa edelleen spekulatiivinen, hän painottaa. Mutta tämän tutkimuksen osoittama konkreettinen saavutus - auttaa halvaantunutta kävelyä aivoillaan - on jo valtava askel.
