Οι δύο ασθενείς με παράλυση ανέβαιναν και περπατούσαν στους διάδρομους σε χρόνο μηδέν. Αυτό το εντυπωσιακό επίτευγμα έγινε δυνατό από μια πρωτοφανή νέα χειρουργική επέμβαση, στην οποία οι ερευνητές εμφύτευαν ασύρματες συσκευές στους εγκεφάλους των ασθενών που κατέγραψαν την εγκεφαλική τους δραστηριότητα. Η τεχνολογία επέτρεψε στον εγκέφαλο να επικοινωνήσει με τα πόδια-παρακάμπτοντας τα σπασμένα μονοπάτια του νωτιαίου μυελού-έτσι ώστε ο ασθενής να μπορέσει και πάλι να αποκτήσει τον έλεγχο.
σχετικό περιεχόμενο
- Πώς Hacking Νευρωνικά Δίκτυα μπορούν να βοηθήσουν Amputees άψογα Crack ένα αυγό
- Πέντε Παράλυτοι άντρες κινούνται πάλι στα πόδια τους σε μια μελέτη UCLA
Αυτοί οι ασθενείς, όπως αποδείχθηκε, ήταν πίθηκοι. Αλλά αυτό το μικρό βήμα για τους πιθήκους θα μπορούσε να οδηγήσει σε ένα τεράστιο άλμα για εκατομμύρια παραλυμένους ανθρώπους: Ο ίδιος εξοπλισμός έχει ήδη εγκριθεί για χρήση σε ανθρώπους και κλινικές μελέτες βρίσκονται σε εξέλιξη στην Ελβετία για να ελέγξουν τη θεραπευτική αποτελεσματικότητα της μεθόδου διέγερσης του νωτιαίου μυελού στους ανθρώπους (μείον το εμφύτευμα του εγκεφάλου). Τώρα που οι ερευνητές έχουν μια απόδειξη της ιδέας, αυτό το είδος της ασύρματης νευροτεχνολογίας θα μπορούσε να αλλάξει το μέλλον της ανάκαμψης της παράλυσης.
Αντί να προσπαθήσουν να αποκαταστήσουν τα κατεστραμμένα μονοπάτια του νωτιαίου μυελού που συνήθως δίνουν εγκεφαλικά σήματα στα άκρα, οι επιστήμονες προσπάθησαν μια καινοτόμο προσέγγιση για την αντίστροφη παράλυση: Παράκαμψη της συμφόρησης τραυματισμού εντελώς. Το εμφύτευμα λειτουργούσε ως μια γέφυρα μεταξύ του εγκεφάλου και των ποδιών, κατευθύνει την κίνηση των ποδιών και διεγείρει την κίνηση των μυών σε πραγματικό χρόνο, λέει ο Tomislav Milekovic, ερευνητής στο Ελβετικό Πολυτεχνικό Κολλέγιο της Λωζάνης (EPFL). Ο Μιλέκοβιτς και οι συν-συγγραφείς αναφέρουν τα συμπεράσματά τους σε νέα εργασία που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature .
Όταν το νευρικό δίκτυο του εγκεφάλου επεξεργάζεται τις πληροφορίες, παράγει διακριτικά σήματα - τα οποία οι επιστήμονες έχουν μάθει να ερμηνεύουν. Εκείνοι που οδηγούν με τα πόδια σε πρωτεύοντα προέρχονται από την κλίμακα μεγέθους της περιοχής που είναι γνωστή ως ο κινητικός φλοιός. Σε ένα υγιές άτομο, τα σήματα ταξιδεύουν κάτω από το νωτιαίο μυελό στην οσφυϊκή περιοχή, όπου κατευθύνουν την ενεργοποίηση των μυών των ποδιών για να επιτρέψουν το περπάτημα.
Εάν ένα τραυματικό τραυματισμό διαταράξει αυτή τη σύνδεση, ένα άτομο παραλύεται. Αν και ο εγκέφαλος εξακολουθεί να είναι σε θέση να παράγει τα σωστά σήματα και τα νευρικά δίκτυα ενεργοποίησης των μυών του ποδιού είναι άθικτα, αυτά τα σήματα δεν φτάνουν ποτέ στα πόδια. Οι ερευνητές κατάφεραν να αποκαταστήσουν τη σύνδεση λεπτομερή σε πραγματικό χρόνο, την ασύρματη τεχνολογία-ένα πρωτοφανές κατόρθωμα.
Πώς λειτουργεί το σύστημα; Η τεχνητή διασύνδεση της ομάδας ξεκινά με μια σειρά σχεδόν 100 ηλεκτροδίων που εμφυτεύονται στον κινητικό φλοιό του εγκεφάλου. Συνδέεται με μια συσκευή εγγραφής που μετράει τη συσσώρευση ηλεκτρικών δραστηριοτήτων στον εγκέφαλο που ελέγχουν τις κινήσεις των ποδιών. Η συσκευή στέλνει αυτά τα σήματα σε έναν υπολογιστή που αποκωδικοποιεί και μεταφράζει αυτές τις οδηγίες σε μια άλλη σειρά ηλεκτροδίων που εμφυτεύονται στο κάτω μέρος του νωτιαίου μυελού, κάτω από τον τραυματισμό. Όταν η δεύτερη ομάδα ηλεκτροδίων λαμβάνει τις οδηγίες, ενεργοποιεί τις κατάλληλες μυϊκές ομάδες στα πόδια.
Για τη μελέτη, οι δύο πιθήκους Rhesus μακάκους έλαβαν κακώσεις νωτιαίου μυελού στο εργαστήριο. Μετά τις χειρουργικές επεμβάσεις τους, χρειάστηκε να περάσουν λίγες μέρες να αναρρώσουν και να περιμένουν το σύστημα να συλλέξει και να βαθμολογήσει τα απαραίτητα δεδομένα για την κατάστασή τους. Αλλά μόλις έξι ημέρες μετά τον τραυματισμό, ένας μαϊμού περπατούσε σε ένα διάδρομο. Το άλλο ήταν επάνω και περπατούσε μετά την ημέρα τραυματισμού 16.
Η επιτυχία του εμφυτεύματος εγκεφάλου δείχνει για πρώτη φορά πως η νευροτεχνολογία και η διέγερση του νωτιαίου μυελού μπορούν να αποκαταστήσουν την ικανότητα του πρωτεύοντος να περπατήσει. "Το σύστημα αποκατέστησε τις κινητικές κινήσεις αμέσως, χωρίς καμία εκπαίδευση ή εκ νέου εκμάθηση", δήλωσε ο Μιλέκοβιτς, ο οποίος κατασκευάζει συστήματα δεδομένων με νευροπροστατευτικά συστήματα, στο Smithsonian.com.
"Την πρώτη φορά που γυρίσαμε τη διεπαφή εγκεφάλου-σπονδυλικής στήλης ήταν μια στιγμή που δεν θα ξεχάσω ποτέ", πρόσθεσε ο ερευνητής του EPFL Marc Capogrosso σε μια δήλωση.
Ένα νέο εμφύτευμα εγκεφάλου στέλνει ασύρματα σήματα στις ομάδες μυών των ποδιών. (Εικονογράφηση από τον Jemere Ruby) Η τεχνική της "χάκερ" των νευρωνικών δικτύων του εγκεφάλου έχει δημιουργήσει αξιοσημείωτα κατορθώματα, όπως η συμβολή στη δημιουργία επαφής με ευαισθησία στην πρόσκρουση, που επιτρέπουν στους χρήστες να εκτελούν ευαίσθητα καθήκοντα όπως πυρόλυση ενός αυγού. Αλλά πολλές από αυτές τις προσπάθειες χρησιμοποιούν καλωδιακές συνδέσεις μεταξύ του εγκεφάλου και των συσκευών εγγραφής, πράγμα που σημαίνει ότι τα θέματα δεν είναι σε θέση να κινούνται ελεύθερα. "Ο νευρωνικός έλεγχος των κινήσεων των χεριών και των βραχιόνων διερευνήθηκε με μεγάλη λεπτομέρεια, ενώ λιγότερη εστίαση δόθηκε στον νευρωνικό έλεγχο των κινήσεων των ποδιών, που απαιτούσε τα ζώα να κινούνται ελεύθερα και φυσικά", λέει ο Μιλέκοβιτς.
Ο Christian Ethier, ένας νευροεπιστήμονας στο Université Laval του Κεμπέκ, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, χαρακτήρισε το έργο «ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην ανάπτυξη των νευροπροστατικών συστημάτων». Προσθέτει: «Πιστεύω ότι αυτή η επίδειξη πρόκειται να επιταχύνει τη μετάφραση του επεμβατικού εγκεφάλου -επεξεργαστή-διασύνδεση σε ανθρώπινες εφαρμογές.
Σε ένα συνοδευτικό κομμάτι ειδήσεων & προβολών στη Φύση, ο νευροεπιστήμονας Andrew Jackson συμφωνεί, επισημαίνοντας πόσο γρήγορα οι εξελίξεις στον τομέα αυτό έχουν μετακινηθεί από πιθήκους σε ανθρώπους. Ένα έγγραφο του 2008, για παράδειγμα, έδειξε ότι οι παραλυμένοι πίθηκοι θα μπορούσαν να ελέγξουν ένα ρομποτικό χέρι μόνο με τον εγκέφαλό τους. τέσσερα χρόνια αργότερα μια παραλυμένη γυναίκα έκανε το ίδιο. Νωρίτερα αυτό το έτος, η εγκεφαλική διέγερση των μυών επέτρεψε σε ένα τετράπλευρο άτομο να κατανοήσει τα στοιχεία, μεταξύ άλλων πρακτικών χειρονακτικών δεξιοτήτων, αφού το ίδιο επίτευγμα επετεύχθη σε πιθήκους το 2012.
Ο Τζάκσον καταλήγει σε αυτή την ιστορία ότι «δεν είναι παράλογο να υποθέσουμε ότι θα μπορούσαμε να δούμε τις πρώτες κλινικές διαδηλώσεις των διασυνδέσεων μεταξύ του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού μέχρι το τέλος της δεκαετίας».
Η συστοιχία ηλεκτροδίων Blackrock που εμφυτεύεται στους εγκέφαλους των πιθήκων έχει χρησιμοποιηθεί για 12 χρόνια για την επιτυχή καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας στις κλινικές δοκιμές του BrainGate. πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι αυτό το σήμα μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια πολύπλοκες νευροπροθετικές συσκευές. "Ενώ απαιτεί χειρουργική επέμβαση, ο πίνακας είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερος από τους χειρουργικά εμφυτευμένους προσομοιωτές βαθιάς εγκεφάλου που ήδη χρησιμοποιούνται από περισσότερους από 130.000 ανθρώπους με νόσο του Parkinson ή άλλες κινητικές διαταραχές", προσθέτει ο Milekovic.
Ενώ αυτή η δοκιμασία περιοριζόταν σε λίγες μόνο φάσεις της εγκεφαλικής δραστηριότητας που σχετίζονταν με το βάδισμα με τα πόδια, η Ethier προτείνει ότι θα μπορούσε ενδεχομένως να επιτρέψει ένα μεγαλύτερο εύρος κίνησης στο μέλλον. «Χρησιμοποιώντας αυτά τα ίδια εμφυτεύματα εγκεφάλου, είναι δυνατό να αποκωδικοποιήσουμε την πρόθεση της κίνησης σε πολύ περισσότερες λεπτομέρειες, παρόμοια με αυτά που κάναμε για να αποκαταστήσουμε τη λειτουργία πιασίματος. ... Περιμένω ότι οι μελλοντικές εξελίξεις θα ξεπεράσουν και ίσως περιλαμβάνουν και άλλες δυνατότητες, όπως την αντιστάθμιση των εμποδίων και την προσαρμογή της ταχύτητας περπατήματος ».
Ο Ethier σημειώνει μια άλλη ενδιαφέρουσα δυνατότητα: Το ασύρματο σύστημα μπορεί να βοηθήσει πραγματικά το σώμα να θεραπευτεί. «Με τον εκ νέου συγχρονισμό της δραστηριότητας στο κέντρο του εγκεφάλου και της σπονδυλικής στήλης, θα μπορούσαν να προωθήσουν αυτό που ονομάζεται νευροπλαστικότητα εξαρτώμενος από τη δραστηριότητα» και να εδραιώσουν οποιεσδήποτε συγκαλυμμένες συνδέσεις που συνδέουν τον εγκέφαλο με τους μυς », λέει. "Αυτό θα μπορούσε να έχει μακροπρόθεσμα θεραπευτικά αποτελέσματα και να προωθήσει τη φυσική αποκατάσταση της λειτουργίας πέρα από ό, τι είναι δυνατό με συμβατικές θεραπείες αποκατάστασης".
Το φαινόμενο αυτό δεν είναι καλά κατανοητό και η πιθανότητα παραμένει κερδοσκοπική σε αυτό το σημείο, τονίζει. Αλλά το απτό επίτευγμα που αποδεικνύει αυτή η έρευνα - βοηθώντας ξανά τον παράλυτο περίπατο με τα μυαλά τους - είναι ήδη ένα τεράστιο βήμα.
