How Brain Implants Can Let Paralyzed People Move Again

Jotain niin yksinkertaista kuin kupin teetä poimiminen vaatii elimistöltäsi paljon toimintaa. Käsivarren lihakset tulevat liikuttamaan kättäsi kupin suuntaan. Sormen lihakset tulevat avaamaan kädet ja taivuttamaan sormiasi kahvan ympäri. Olkapään lihakset pitävät kättäsi irti ulos olkapäästäsi ja ydinlihaksistasi varmista, ettet pääse kallistumaan kupin ylimääräisen painon takia. Kaikkien näiden lihasten on sytyttävä tarkasti ja koordinoidusti, ja ainoa tietoinen ponnistus on ajatus: "Tiedän: teetä!"

Siksi on mahdollista, että halvaantunut osa liikkuu uudelleen. Useimmat halvaantuneet lihakset voivat silti toimia, mutta niiden viestintä aivojen kanssa on kadonnut, joten he eivät saa ohjeita tuleen. Emme voi vielä korjata selkäytimen vaurioita, joten yksi ratkaisu on ohittaa se ja antaa opetukset lihaksille keinotekoisesti. Aivojen toiminnan lukemisen ja tulkinnan teknologian ansiosta nämä ohjeet voisivat jonain päivänä tulla suoraan potilaan mielestä.

Voimme tehdä halvaantuneita lihaksia tulipaloon stimuloimalla heitä lihaksissa tai hermojen ympärille sijoitetuilla elektrodeilla, jotka tarjoavat niitä. toiminnallinen sähköstimulaatio (FES). Sen lisäksi, että se auttaa halvaantuneita ihmisiä liikkumaan, sitä käytetään myös virtsarakon toiminnan palauttamiseen, tehokkaan yskimisen tuottamiseen ja kivunlievitykseen. Se on kiehtova tekniikka, joka voi tehdä suurta eroa selkäydinvamman ihmisten elämässä.

Dimitra Blana ja hänen kollegansa Keeleen parissa työskentelevät tämän tekniikan sovittamiseksi monimutkaiseen sarjaan käden käyttöä varten tarvittavat ohjeet. Jos haluat poimia sen kupin teetä, mitä lihakset tarvitsevat ampua, milloin ja kuinka paljon? Poltto-ohjeet ovat monimutkaisia, eivätkä pelkästään ytimen, olkapään, käsivarren ja sormen lihasten suuren määrän vuoksi. Kun juodat teetä hitaasti, nämä ohjeet muuttuvat, koska kupin paino muuttuu. Voit tehdä jotain erilaista, kuten naarmuuntumista, ohjeet ovat täysin erilaisia.

Sen sijaan, että olisit vain kokeillut erilaisia ​​ampumismalleja halvaantuneissa lihaksissa toivossa löytää sellaisen, joka toimii, voit käyttää tuki- ja liikuntaelimistön tietokonemallit laskea ne. Nämä mallit ovat matemaattisia kuvauksia siitä, miten lihakset, luut ja nivelet toimivat ja vaikuttavat liikkeen aikana. Simulaatioissa voit tehdä lihaksia vahvemmiksi tai heikommiksi, "halvaantuneiksi" tai "ulkoisesti stimuloiduiksi". Voit testata erilaisia ​​ampumismalleja nopeasti ja turvallisesti, ja voit tehdä mallit poimia teekuppejaan yhä uudelleen - toisinaan menestyksellisemmin kuin toiset.


innerself subscribe graphic


Lihasten mallinnus

Teknologian testaamiseksi Keeleen tiimi työskentelee Cleveland FES Center Yhdysvalloissa, missä ne istuvat jopa 24-elektrodeihin osaksi tutkijoiden lihaksia ja hermoja. He käyttävät mallinnusta päättääkseen, mihin elektrodit sijoitetaan, koska nykyisissä FES-järjestelmissä on enemmän halvaantuneita lihaksia kuin elektrodeja.

Jos sinun on valittava, onko se parempi stimuloida subscapularis tai supraspinatus? Jos stimuloit aivokalvon hermoa, pitäisikö elektrodi sijoittaa ennen haaraa tai sen jälkeen tersiin vähäiseksi? Vastatakseen näihin vaikeisiin kysymyksiin ne suorittavat simulaatioita erilaisilla elektrodeilla ja valitse se, jonka avulla tietokonemallit voivat tehdä tehokkaimmat liikkeet.

{Youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}

Tällä hetkellä tiimi työskentelee olkapäähän, joka on vakiinnutettu ryhmällä lihaksia, joita kutsutaan rotaattorin mansettiksi. Jos saat käsivarren ampumisen ohjeet väärin, se voi tavoittaa keitto- lusikoita voinveitsen sijaan. Jos saat ohjeet roottorin mansettiin väärin, varsi voi pudota ulos olkapäästä. Tietokonemalleja ei ole hyvä etsiä, mutta he eivät valittaa. Tutkimuksen osallistujat olisivat vähemmän anteeksiantavia.

Tietäen, miten aktivoidaan halvaantuneet lihakset tuottamaan hyödyllisiä liikkeitä, kuten tarttuminen, on vain puolet ongelmasta. Meidän on myös tiedettävä, milloin lihakset aktivoidaan, esimerkiksi kun käyttäjä haluaa poimia esineen. Yksi mahdollisuus on lukea nämä tiedot suoraan aivoista. Äskettäin, tutkijat Yhdysvalloissa käytti implanttia kuuntelemaan yksittäisiä soluja halvaantuneen yksilön aivoissa. Koska erilaiset liikkeet liittyvät aivotoiminnan eri malleihin, osallistujalla oli mahdollisuus valita yksi kuudesta esiohjelmoidusta liikkeestä, jotka sitten muodostettiin käsien lihasten stimuloinnilla.

Aivojen lukeminen

Tämä oli jännittävä askel eteenpäin hermoston proteesien alalla, mutta monia haasteita on edelleen. Ihannetapauksessa aivojen implanttien on kestettävä useita vuosikymmeniä - nykyisin samoja signaaleja on vaikea tallentaa jopa usean viikon ajan, joten nämä järjestelmät on kalibroitava säännöllisesti. käyttämällä uusia implanttimalleja or eri aivosignaaleja voi parantaa pitkän aikavälin vakautta.

Myös implantit kuuntelevat vain pienen osan miljoonista soluista, jotka kontrolloivat raajoja, joten lukemattomien liikkeiden määrä on rajallinen. Kuitenkin, robottien raajojen aivojen hallinta on saavutettu useita vapausasteita (liike, kierto ja tarttuminen) ja tämän teknologian kyvyt etenevät nopeasti.

Lopuksi, sujuvat, vaivaton liikkeet, joita yleensä pidämme itsestäänselvyytenä, johtuvat runsaasta aistien palautteesta, joka kertoo meille, missä aseemme ovat avaruudessa ja kun sormenpäimme koskettavat esineitä. Nämä signaalit voivat kuitenkin kadota vahingon jälkeen tutkijat työskentelevät aivojen implanteissa, jotka voivat palauttaa tunteen sekä liikkumisen.

Jotkut tiedemiehet spekuloivat, että aivotunnistustekniikka voisi auttaa kehollisia henkilöitä kommunikoimaan tehokkaammin tietokoneiden, matkapuhelinten ja jopa suoraan muihin aivoihin. Tämä on kuitenkin tieteellisen ulottuvuuden ala, kun taas lääketieteellisten sovellusten aivojen valvonta muuttuu nopeasti kliiniseksi todellisuudeksi.

Tietoja kirjoittajista

Dimitra Blana, biolääketieteen tekniikan tutkija, Keele University

Andrew Jackson, Wellcome Trust Vanhempi tutkija, Newcastlen yliopisto

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

at InnerSelf Market ja Amazon