Oba pacienti s ochrnutím byli vzhůru a chodili na běžících pásech v žádném okamžiku. Tento působivý čin byl umožněn bezprecedentní novou operací, při které vědci implantovali bezdrátová zařízení do mozků pacientů, které zaznamenaly jejich mozkovou aktivitu. Tato technologie umožnila mozku komunikovat s nohama - obejít přerušené cesty míchy - aby pacient mohl znovu získat kontrolu.
Související obsah
- Jak hackování neuronových sítí může pomoci Amputees Flawlessly Crack Egg
- Pět paralyzovaných mužů znovu pohne nohama ve studii UCLA
Ukázalo se, že tito pacienti byli opice. Ale tento malý krok pro opice by mohl vést k obrovskému skoku pro miliony ochrnutých lidí: Stejné vybavení již bylo schváleno pro použití u lidí a ve Švýcarsku probíhají klinické studie, které testují terapeutickou účinnost metody stimulace míchy u lidí (minus mozkový implantát). Nyní, když vědci mají důkaz konceptu, by tento druh bezdrátové neurotechnologie mohl změnit budoucnost zotavení z ochrnutí.
Namísto pokusu o opravu poškozených cest míchy, které obvykle dodávají mozkové signály končetinám, se vědci pokusili o inovativní přístup k reverzní paralýze: Obejít úzký profil zranění úplně. Implantát fungoval jako most mezi mozkem a nohama, řídil pohyb nohou a stimuloval pohyb svalů v reálném čase, říká Tomislav Milekovic, vědec švýcarské École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Milekovic a spoluautoři hlásí svá zjištění v novém příspěvku publikovaném ve středu v časopise Nature .
Když mozková nervová síť zpracovává informace, vytváří výrazné signály - které se vědci naučili interpretovat. Ti, kteří řídí chůzi u primátů, pocházejí z oblasti velikosti desetníku známé jako motorická kůra. U zdravého jedince signály putují po míše do bederní oblasti, kde řídí aktivaci svalů nohou, aby umožnily chůzi.
Pokud traumatické zranění toto spojení přeruší, subjekt je ochromen. Přestože mozek stále dokáže produkovat správné signály a nervové sítě aktivující svalstvo nohy jsou neporušené, tyto signály nikdy nedosáhnou k nohám. Výzkumníkům se podařilo obnovit připojení pomocí bezdrátové technologie v reálném čase - bezprecedentní výkon.
Jak systém funguje? Umělé rozhraní týmu začíná řadou téměř 100 elektrod implantovaných do mozkové motorické kůry. Je připojen k záznamovému zařízení, které měří nárůst elektrických aktivit v mozku, které řídí pohyby nohou. Zařízení odešle tyto signály do počítače, který dekóduje a převede tyto instrukce do jiné sady elektrod implantovaných do spodní míchy, pod poranění. Když druhá skupina elektrod obdrží pokyny, aktivuje příslušné svalové skupiny v nohách.
Pro studii byla oběma opicím makakům rhesus v laboratoři zraněna míše. Po operacích museli pár dní zotavovat a čekat, až systém shromáždí a zkalibruje nezbytná data o jejich stavu. Ale jen šest dní po zranění šla jedna opice na běžícím pásu. Druhý byl vzhůru a chodil 16. den po zranění.
Úspěch mozkového implantátu poprvé ukazuje, jak neurotechnologie a stimulace míchy mohou obnovit schopnost primáta chodit. "Systém okamžitě obnovil pohyby lokomotoru, bez jakéhokoli tréninku nebo reedukace, " řekl Milekovic, který konstruuje neuroprostetické systémy založené na údajích, řekl Smithsonian.com.
"Když jsme poprvé zapnuli rozhraní mozku a páteře, byl okamžik, na který nikdy nezapomenu, " dodal v prohlášení výzkumník EPFL Marc Capogrosso.
Nový mozkový implantát bezdrátově vysílá signály svalovým skupinám nohou. (Ilustrace Jemere Ruby) Technika „hackování“ neuronových sítí mozku přinesla pozoruhodné výkony, jako je například pomoc při vytváření dotykových protetik, které umožňují nositelům provádět delikátní úkoly, jako je praskání vajíčka. Mnoho těchto snah však využívá kabelové propojení mezi mozkem a záznamovými zařízeními, což znamená, že se subjekty nemohou volně pohybovat. "Neurální kontrola pohybu rukou a paží byla zkoumána velmi podrobně, zatímco menší pozornost byla věnována neuronální kontrole pohybů nohou, která vyžadovala, aby se zvířata volně a přirozeně pohybovala, " říká Milekovic.
Christian Ethier, neurovědec na Quebecké univerzitě Laval, který se nezúčastnil výzkumu, označil tuto práci za „významný krok vpřed ve vývoji neuroprostetických systémů.“ Dodal: „Věřím, že tato demonstrace urychlí překlad invazivního mozku. -počítačové rozhraní k lidským aplikacím.
V doprovodném díle Zprávy a názory v Přírodě souhlasí neurovědec Andrew Jackson a poukazuje na to, jak rychle se pokroky v této oblasti posunuly od opic k lidem. Například dokument z roku 2008 ukázal, že ochrnuté opice dokázaly ovládat robotickou paži jen svým mozkem; o čtyři roky později paralyzovaná žena udělala totéž. Začátkem tohoto roku mozková stimulace svalové stimulace umožnila quadriplegické osobě uchopit položky, mimo jiné praktické ruční dovednosti, poté, co byl stejný výkon dosažen u opic v roce 2012.
Jackson z této historie vyvozuje, že „není nepřiměřené spekulovat, že jsme mohli vidět první klinické demonstrace rozhraní mezi mozkem a míchou do konce desetiletí.“
Elektrodové pole Blackrock implantované do mozků opic bylo použito 12 let k úspěšnému zaznamenávání mozkové aktivity v klinických studiích BrainGate; četné studie prokázaly, že tento signál může přesně řídit komplexní neuroprostetická zařízení. "I když to vyžaduje chirurgický zákrok, řada je o řád menší než chirurgicky implantované hluboké mozkové simulátory, které již používá více než 130 000 lidí s Parkinsonovou chorobou nebo jinými poruchami pohybu, " dodává Milekovic.
Přestože byl tento test omezen na několik fází mozkové činnosti související s chůzí, Ethier naznačuje, že by mohl v budoucnu umožnit větší rozsah pohybu. „Pomocí těchto stejných mozkových implantátů je možné dekódovat pohybový záměr mnohem podrobněji, podobně jako to, co jsme udělali pro obnovení funkce uchopení. ... Očekávám, že budoucí vývoj přesáhne a možná bude zahrnovat i další schopnosti, jako je kompenzace překážek a úprava rychlosti chůze. “
Ethier si všiml další zajímavé možnosti: Bezdrátový systém může ve skutečnosti pomoci tělu uzdravit se. "Re-synchronizací aktivity v mozkových a míšních motorických centrech by mohli podpořit tzv. Neuroplasticitu závislou na aktivitě" a konsolidovat všechna ušetřená spojení spojující mozek se svaly, "říká. "To by mohlo mít dlouhodobé terapeutické účinky a podpořit přirozené obnovení funkce nad rámec toho, co je možné s konvenčními rehabilitačními terapiemi."
Tento jev není dobře pochopen a možnost zůstává v tomto bodě spekulativní, zdůrazňuje. Hmatatelný úspěch, který tento výzkum prokazuje - pomáhá ochromeným chodit znovu s mozkem - je však již obrovským krokem.
