"Mielin ohjattujen" bionisten laitteiden kehitys eteni jälleen askeleen lähemmäksi tänään julkaistiin a Luonnon bioteknologian paperi kuvataan, kuinka pieni, 3 cm pitkä stentti, joka sisältää 12 elektrodia, voisi jonain päivänä auttaa selkäydinvammasta kärsiviä ihmisiä kävelemään ajatuksen voimalla.

Laite, jota kutsutaan "stentrodiksi", asetetaan kaulan kaulalaskimoon ja työnnetään laskimoa ylöspäin, kunnes se saavuttaa aivojen motorisen aivokuoren, joka vastaa lihastoiminnasta.

Olen ollut mukana 39 hengen tiimissä, joka on kehittänyt ja testannut laitetta, ja nyt suunnittelemme kliinistä tutkimusta ensi vuonna Victoriassa.

Miten tämä toimii?

Stentrodin sijainti motorisen aivokuoren rinnalla sallii sen vastaanottaa hermosignaaleja, jotka käynnistävät liikkeen. Se lähettää nämä signaalit 12 mikrojohdinta pitkin tietokoneen käyttöliittymään.

Melbournen yliopisto. lähde

Täällä signaalit muunnetaan tiedoiksi, jotka voivat manipuloida mitä tahansa bionisesta proteesista koko kehon eksoskeletoniin, muuntajatyyppiseen ulkoiseen luurankoon.

Työ perustuu aiempaan tutkimukseen, joka löydettiin vuonna 2002 apinat voivat siirtää tietokoneen kohdistinta ajatuksen voimalla. Tämä osoitti, että bionista raajaa oli teoriassa mahdollista hallita pelkällä ajattelulla.

Seuraavaksi tutkijat käyttivät elektrodilaitteita, kuten Utahin elektrodiryhmäja istutti ne kirurgisesti juuri kallon alapuolelle ihmisen aivokuoreen. Nämä laitteet tuottivat uskomattomia tuloksia, mukaan lukien kyky halvaantuneille potilaille käyttää bionista raajaa, joka on täysin erillään kehosta, ja siemailla kahvia. Näitä laitteita kehittää edelleen yritys nimeltä BrainGate.

Näiden laitteiden asettaminen vaatii kuitenkin suuren aivoleikkauksen, johon liittyy infektio- ja immuunijärjestelmän hylkimisriski. Kirurgisesti istutetut elektrodit voivat myös aiheuttaa aivotulehduksen ja kärsiä signaalin laadun heikkenemisestä kuuden kuukauden tai vuoden ajan.

Stentrodi pyrkii voittamaan nämä ongelmat. Istuessaan aivojen verisuonissa stentrodi liitetään verisuonen seinämään ja suojaa sitä aivojen immuunisoluilta. Prekliiniset tutkimuksemme osoittavat, että stentrodin vastaanottamat aivosignaalit itse asiassa tulevat puhtaammiksi ja vahvemmiksi ajan myötä, kun tämä verisuonen liittäminen tapahtuu.

Seuraava vaihe: potilaiden implantointi

Ensimmäiset potilaat, jotka saavat stentrodi-implantteja, ovat ihmisiä, jotka ovat kärsineet selkärangan vamman ja päätyneet quadriplegiaan.

Ennen implantin saamista potilaille tehdään toiminnallinen MRI-skannaus. Heitä pyydetään kuvittelemaan käsivartensa liikuttelemista vasemmalle ja oikealle, ylös ja alas ja kuvittelemaan kättään kohti kohteita tietokoneen näytöllä.

Tämä tuottaa virtuaalisen kartan motorisesta aivokuoresta, johon kirurgit voivat pyrkiä stentrodin implantaatioleikkauksen aikana varmistaakseen, että laite peittää motorisen aivokuoren sopivan alueen.

Sitten potilaan omat aivot aloittavat oppimisparadigman, joka on hyvin samanlainen kuin soittimen oppiminen tai uusi motorinen taito. Motorisen aivokuoren neuronit laukeavat vasteena potilaan ajatuksiin, jotka sitten muuttuvat kohdistimen, bionisen raajan tai eksoskeleton liikkeeksi.

Aluksi nuo liikkeet ovat nykiviä, koordinoimattomia ja aiheuttavat väärän tuloksen. Mutta yrityksen ja erehdyksen prosessin kautta aivojen neuroplastiset ominaisuudet mahdollistavat sen, että ne hiovat hermotoimintaa, mikä mahdollistaa lopulta koordinoidun toiminnan, kuten kahvin juomisen tai kävelyn eksoskeleton avulla.

Muita mahdollisia käyttökohteita

Aivojen erittäin haarautunut verisuonijärjestelmä tarkoittaa, että stentrodi voi mahdollisesti kertyä muihin verisuoniin erilaisten sairauksien hoitamiseksi.

Sillä on potentiaalia ennustaa epileptisiä kohtauksia, jos se sijoitetaan aivoalueelle, joka aiheuttaa kohtauksia. Aivojen hermotoiminta muuttuu ennustettavalla tavalla ennen kohtauksen alkamista. Stentrodi voi poimia nämä varoitussignaalit ja varoittaa potilasta lopettamaan kaikki toimet, jotka saattaisivat hänet tai muut vaaraan, kuten ajamisen tai uinnin.

Stentrodia voitaisiin käyttää myös neurostimulaatiolaitteena. Parkinsonin taudin nykyisiin hoitoihin kuuluu syväaivojen stimulaatio (DBS), joka vapauttaa dopamiinia, jota tarvitaan sujuvaan, koordinoituun liikkeeseen. Stentrodin käyttö vaihtoehtoisena stimulaattorina lievittää riskit stimulaattoreiden istuttamisesta syvälle aivoihin.

Laite voi myös auttaa ihmisiä, joilla on motorinen neuronitauti (MND), joilta on ryöstetty kyky liikkua, puhua, syödä ja lopulta hengittää. Vaiheessa, jossa ihmiset menettävät kykynsä kommunikoida, stentrodia voitaisiin käyttää tarjoamaan käyttöliittymä, jolla ihmiset voivat hallita tietokonetta. Tämä voi antaa heille arvokkaita kuukausia tai vuosia, jolloin he voivat jatkaa kommunikointia rakkaittensa kanssa.

Stentrodin ensimmäiset kliiniset kokeet ihmisillä on tarkoitus tehdä vuonna 2017. Mikäli näemme odotetut tulokset, toivomme, että kaupallisesti saatavilla oleva versio teknologiasta olisi saatavilla 2020-luvun alkupuoliskolla.

Tällä välin yhtenä tavoitteena on lisätä elektrodeja, jolloin halvaantunut potilas pystyy paremmin kävelemään uudelleen, vaan saada hienoja sormen liikkeitä. Voisimmeko nähdä jonain päivänä "halvaantuneen" viuluvirtuoosin? Voimme yrittää.