Paralisis at Brain Bypass Surgery

Ang mga siyentipikong pagsulong sa teknolohiya ng interface ng utak-computer ay maaaring mag-aalok ng bagong pag-asa para sa overcoming paralisis.

Sa pinakahuling pagsulong, isang lalaki na may quadriplegia na paralisado walong taon na ang nakararaan, nakuhang muli ang functional movement ng kanyang braso.

AdvertisementAdvertisement

Itinutok niya ang kanyang sarili gamit ang teknolohiyang ito, una sa kasaysayan ng medisina.

Inihayag ng mga mananaliksik sa Case Western Reserve University sa Ohio ang kanilang mga natuklasan sa Mar. 28 sa British medical journal na The Lancet.

Ang pag-anunsyo ng Western Case ay ginawa araw pagkatapos ng negosyante na si Elon Musk (ng Tesla electric car at rocket company SpaceX) ay nagpahayag ng mga plano upang bumuo ng isang katulad na teknolohiya.

"neural lace" ng Musk, ayon sa isang ulat sa The Wall Street Journal, ay direktang mag-uugnay ng utak ng isang tao sa isang computer.

Samantala, ang mga siyentipiko sa The Ohio State University (OSU) ay nagtatrabaho sa isang pasyente na may pagkalumpo at bumuo ng isang teknolohiya na katulad ng isa sa Case Western.

advertisementAdvertisement

Ang OSU team ay bumubuo ng teknolohiya sa mga siyentipiko sa Battelle Memorial Institute, isang nonprofit na organisasyon sa Ohio na lumilikha ng mga medikal na aparato.

Magbasa nang higit pa: Exoskeletons pagtulong sa mga taong may paralisong paglalakad ulit »

Decoding utak ng signal

Ang Kaso Western siyentipiko ay nagtatrabaho sa Bill Kochevar, isang 53 taong gulang na may quadriplegia na nasugatan sa isang aksidente sa bisikleta.

Ang mga mananaliksik ay nagtanim ng isang neuroprosthesis na nag-decoded ng kanyang mga senyales sa utak at ipinadala ito sa mga sensors sa kanyang braso, na tumulong sa kanya upang mabawi ang kilusan sa kanyang kamay at braso.

Robert Kirsch, PhD, chair of Case Western Kagawaran ng Biomedical Engineering, executive director ng Functional Electrical Stimulation (FES) Center ng unibersidad, ay senior author ng pananaliksik.

AdvertisementAdvertisement

Tinawag niya ang tagumpay sa isang pangunahing hakbang.

"Ipinakita namin ang posibilidad ng pagtatala ng mga kilos ng kilusan ng isang tao at pagkatapos ay gawin ang kanilang sariling braso na gumawa ng mga kilusan," sabi niya.

Iniisip niya ang tungkol sa paglipat ng kanyang braso at ang galaw ng braso habang nagnanais siya. Bolu Ajiboye, Kaso Western Reserve University

Kasamahan ni Kirsch Bolu Ajiboye, PhD, isang katulong na propesor ng biomedical engineering sa Case Western, at pananaliksik na kasama sa Louis Stokes Cleveland Veterans Administration Medical Center, ipinaliwanag kung paano gumagana ang teknolohiya. Ang "normal na paggalaw sa mga di-malinis na tao ay nangyayari dahil ang motor cortex ay bumubuo ng command na paggalaw, na kinakatawan bilang mga de-koryenteng signal, na ipinasa sa pamamagitan ng spinal cord, at pagkatapos ay ginagawang aktibo ang mga angkop na kalamnan," sinabi ni Ajiboye sa Healthline.

Ang pinsala sa utak ng spinal ay pumipigil sa mga electrical impulses na maabot ang mga kalamnan, ipinaliwanag niya, ngunit ang orihinal na utos ng paggalaw ay maayos na naka-code sa mga pattern ng paggalaw ng kuryente.

AdvertisementAdvertisement

"Ang aming system ay nagtatala ng pattern ng electrical activity sa pamamagitan ng implant ng utak at gumagamit ng mga algorithm ng matematika upang mabasa ito sa isang utos ng paggalaw na inilaan ng taong may paralisis. Ang utos na iyon ay binago sa isang de-koryenteng pattern ng pagpapasigla na inilapat sa tamang pangkat ng mga kalamnan upang makagawa ng paggalaw. Para kay Mr. Kochevar, ang proseso ay walang pinagtahian at di-nakikita. Sa kanyang mga salita, sinabi niya na iniisip niya lamang ang tungkol sa paglipat ng kanyang braso at ang mga galaw ng braso habang siya ay nagnanais. "

Itinuro din ni Ajiboye kung ano ang hindi ito bagong teknolohiya.

Sinubukan ng agham ang maraming beses na "ayusin" ang isang napinsala na gulugod sa pamamagitan ng engineering ng tisyu at muling mabago nang walang tagumpay, sinabi niya.

"Gustung-gusto namin ang mga siyentipiko na makahanap ng isang paraan upang muling i-reconnect ang spinal cord gamit ang mga therapies ng cell," sabi ni Ajiboye. "Gayunpaman, ang aming kasalukuyang diskarte ay gumagamit ng teknolohiya upang iwasan ang pinsala sa utak upang makuha ang mga kilusan signal mula sa utak sa tamang hanay ng mga kalamnan upang makabuo ng kilusan. "

Iba pang mga teknolohiya na tumutulong sa mga taong may pagkalumpo upang mabawi ang pag-andar ay karaniwang limitado sa mga device na maaari nilang kontrolin gamit ang kanilang mga tinig at paggalaw ng mata, o sa paglipat ng kanilang mga ulo.

AdvertisementAdvertisement

Gayunpaman, wala sa mga aparatong ito ang nagpapahintulot sa pagkontrol sa sariling sangay.

"Ang aming aparato ay nagbibigay-daan sa isang gumagamit na ilipat ang kanyang sariling paa sa pamamagitan lamang ng pag-iisip," ipinaliwanag ni Ajiboye. "Gusto kong gawing malinaw na ang ating sistema ay pumipihit sa pinsala sa gulugod, sa halip na baligtad ang paralisis. Kung wala ang sistema, ang gumagamit ay paralisado pa rin, at walang katibayan na iminumungkahi na ang paggamit ng sistemang ito ay magreresulta sa spinal regrowth, o magpapakitang muli ng kakayahang lumipat nang walang sistema. "

Magbasa nang higit pa: Tinutulungan ng implant ang mga taong may paralisis na gumamit muli ng paggamit ng kanilang mga limbs»

Paano gumagana ang teknolohiyang

Bakit natatanging teknolohiya ang Case Western?

Ang sistema ay ang unang gumamit ng parehong computer-implant na interface ng utak gamit ang isang sistema ng FES upang i-activate ang electric na paralyzed muscles.

Bago ito, ang mga siyentipiko ay gumagamot ng ilang tao na may pagkalumpo ngunit may isa lamang na diskarte o isa.

Kochevar ang unang taong nakakaranas ng ganitong teknolohiya.

Sinabi ni Ajiboye maraming mga grupo ng pananaliksik ang gumamit ng system ng utak na interface sa mga tao at sa mga di-tao na primata. Ang parehong mga grupo ng pagsubok ay nakagawa ng mga gawain tulad ng paglipat ng mga cursor sa isang computer screen o paglipat ng robotic arm.

"Ang aming FES Center sa nakalipas na 25 hanggang 30 taon ay nagtanim ng mga sistema ng FES sa mga taong may pinsala sa spinal cord upang maibalik ang ilang mga function, kabilang ang paglalakad, paglalakad, paghinga, at paggalaw ng kamay at bisig," sabi niya.

Kochevar ay sumali sa proyektong pananaliksik sa Case Western noong 2014. Natanggap niya ang kanyang implants sa utak noong Disyembre ng taong iyon.Noong 2015, si Kirsch, Ajiboye, at ang kanilang mga kasamahan ay nagtanim ng mga electrodes sa mga kalamnan ng kanyang braso at kamay.

Kochevar natutunan upang maisaaktibo ang kanyang mga signal ng utak upang kontrolin ang iba't ibang mga aparato.

"Napanood namin muna siya sa isang virtual na paglipat ng braso sa isang screen ng computer, habang sabay niyang naisip na gumagawa ng parehong paggalaw sa kanyang sariling braso," sabi ni Ajiboye. "Ang nabuo na mga pattern ng aktibidad ng neural. Pagkatapos ay nakagawa kami ng isang neural decoder, isang matematikal na algorithm na nauugnay sa nakabuo ng mga pattern ng aktibidad sa neural na may mga aspeto ng mga virtual na paggalaw ng braso. "

Susunod, kinuha nila ang Kochevar na kontrolin ang virtual braso sa pamamagitan ng pagbuo ng mga pattern ng mga signal ng utak na pagkatapos ay binigyang-kahulugan ng neural decoder, sinabi ni Ajiboye.

Kochevar sinanay upang ilipat ang virtual na braso na may katumpakan sa tinukoy na mga target sa workspace. Tinukoy ng mga siyentipiko ang kontrol ng kanyang utak ng virtual na braso, at natuklasan na nakontrol niya ito kaagad, sinabi ni Ajiboye. Bilang karagdagan, ang Kochevar ay medyo mabilis na nakamit ang isang rate ng tagumpay ng 95 hanggang 100 porsiyento ng katumpakan ng target.

Sa wakas, ang mga siyentipiko ay tinangka ni Kochevar na ilipat ang kanyang braso sa pamamagitan ng FES stimulation sa isang dalawang hakbang na proseso.

"Kami ay mano-manong inilipat ang kanyang braso (sa pamamagitan ng electrical stimulation) at tinuruan siya na isipin na kontrolado niya ang kanyang mga kilusan ng bisig," sabi ni Ajiboye. "Muli, nakatulong ito na bumuo ng nais na mga pattern ng aktibidad ng neural, na ginamit namin upang bumuo at pinuhin ang aming neural decoder. Ginamit namin siya sa pangwakas na neural decoder upang iutos ang mga paggalaw ng kanyang sariling bisig, na reanimated sa pamamagitan ng electrical stimulation. Siya ay agad na inilipat ang kanyang braso bilang ninanais, at patuloy na nakakuha ng mas mahusay na may mas mataas na paggamit. "

Sa isang video na inilabas ng Case Western, sinabi ni Kochevar," Ito ay kamangha-manghang dahil naisip ko ang paglipat ng aking braso at ginawa ito. Maaari ko bang ilipat ito sa loob at labas, pataas at pababa. "

Dahil ang Kochevar ay may pang-matagalang pagkalumpo, ang kanyang mga kalamnan ay sa una ay mahina at madaling pagod. Sinabi ni Ajiboye.

Upang maitayo ang lakas ng kanyang kalamnan at paglaban sa pagkapagod, ang team ay "exercised" ng kanyang mga kalamnan para sa ilang oras sa isang araw gamit ang electrical stimulation nang walang sistema ng utak interface.

Sa paglipas ng panahon, pinalalakas ang ehersisyo na ito ng elektrikal na nadagdagan ang lakas ng kanyang kalamnan at ang kanyang kakayahang magamit ang sistema nang hindi na nakakapagod.

Magbasa nang higit pa: Tinutulungan ng tao ang kakayahan sa paglalakad sa pamamagitan ng paggamit ng kanyang sariling mga alon ng utak »

Mga interface ng utak-computer

Tulad ng Kaso ng mga pagbabago sa Kaso, ang Ohio State innovation nakatulong sa isang tao na may quadriplegia na gamitin ang kanyang kamay pagkatapos ng mga taon ng pagkalumpo.

Ang pangkat ng pananaliksik ay pinangunahan ni Dr. Ali Rezai, isang propesor ng neurosurgery at neuroscience, at direktor ng Center for Neuromodulation sa Wexner Medical Center ng unibersidad.

Ang pasyente, si Ian Burkhart, ay nakaranas ng malubhang pinsala sa utak ng spinal cord sa edad na 19 sa isang aksidente sa diving. Ito ay umalis sa kanya na may maliit na pag-andar at kilusan sa kanyang mga balikat at biceps, at walang kilusan mula sa kanyang mga siko sa kanyang mga kamay.

"Ang aming koponan ay bumuo ng isang teknolohiyang interface ng utak-computer na pinalalamig ang napinsala na spinal cord, na nagpapahintulot sa isang pasyente tulad ng Ian na may pinsala sa spinal cord at quadriplegia at walang pag-andar ng kanyang mga kamay para sa limang taon upang gamitin lamang ang kanyang mga saloobin upang ilipat ang kanyang walang buhay na kamay upang maging buhay at sa ilalim ng kanyang boluntaryong kontrol, "sinabi Rezai Healthline.

Nick Annetta, kanan, ng Battelle, ang mga relo bilang Ian Burkhart, 24, ay gumaganap ng gitara na video game gamit ang kanyang paralisadong kamay. Pinagmulan ng Imahe: Ohio State University Wexner Medical Center / Battelle

Noong Abril 2014, itinatag ni Rezai ang isang microchip ang laki ng ulo ng isang lapis na pambura sa ibabaw ng cortex ng motor ng utak ni Burkhart. Ang 96 microelectrodes ng chip ay naitala ang pagpapaputok ng kanyang mga indibidwal na neurons.

Rezai at ang kanyang mga kasamahan ay bumuo ng sistema ng bypass ng neural, na nagtatala at pinag-aaralan ang aktibidad ng utak na nangyayari kapag hinahangad ni Burkhart na ilipat ang kanyang kamay.

Matapos ang pagpasok ng napinsala na utak ng taludtod at nasira ang koneksyon mula sa utak hanggang sa mga kalamnan ng kalamnan, ang sistema ay nag-uugnay sa signal ng utak ni Burkhart na may panlabas na damit ng damit, sinabi ni Rezai.

Ito ay nagbibigay-daan sa Burkhart upang ilipat ang kanyang kamay.

"Ang utak ay nagtatala ng mga tala at binibigyang-kahulugan ang mga signal sa utak na naka-link sa mga saloobin, at iniuugnay ang mga ito sa isang panlabas na kasuotan na damit na naisusuot upang kontrolin ang kanyang mga kalamnan," ipinaliwanag ni Rezai. "Ito ay isang neuromuscular stimulation system. Ang mga saloobin na nauugnay sa isang balak na ilipat - halimbawa pagbubukas ng kamay - ay naka-link at nakakonekta sa loob ng milliseconds sa aktwal na paggalaw ng functional na kamay. "

Ang unang henerasyon ng panlabas na naisusuot na kasuotan na damit at pagbibigay-sigla, sinabi niya, ay may hanggang sa 160 stimulating electrodes" na binubuo ng sobrang nababaluktot na hydrogel - isang high-definition, mataas na resolution array ng mga electrodes na sumusunod sa iba't ibang mga hugis at mga contours tulad ng mga bisig. "

Ang damit ay maaaring hugis sa isang manggas, isang guwantes, isang medyas, pantalon, sinturon, ulo-band, at iba pang mga kadahilanan ng form.

"Kinakailangan ang makahulugang kumplikado at koordinasyon upang payagan ang paggalaw sa isang makinis na paraan upang kunin ang isang tagahanga upang pukawin ang kape, gumamit ng sipilyo, o maglaro ng video game," sabi niya. "Ang algorithm sa pag-aaral ng makina ay nagpapabuti at pinipino ang mga paggalaw mula sa magaspang at pabagu-bagong paggalaw, sa mas makinis at tuluy-tuloy na paggalaw. "

Magbasa nang higit pa: Bionic na teknolohiya na tumutulong sa pagpapanumbalik ng kontrol ng kalamnan.

Optimismo para sa hinaharap

Mga siyentipiko ng mga Neuros na nagmamasid sa kamakailang mga tagumpay ay impressed at positibo.

Si Joseph O'Doherty, PhD, isang senior postdoctoral fellow sa Philip Sabes Lab sa Unibersidad ng California, San Francisco, Center para sa Integrative Neuroscience, ay tinawag ang mga kamakailang pag-unlad sa teknolohiya ng interface ng teknolohiya sa utak na "groundbreaking. "Ang pananaliksik na ito ay nagpapakita na ang paralyzed limbs ay maaaring muling paganahin - sa pag-iisip lamang - para sa pagpapanumbalik ng mga coordinated, multi-joint movements na mahalaga para sa pang-araw-araw na buhay: pag-abot, paghawak, pagkain, at pag-inom," sinabi niya sa Healthline. "Ito ay isang patunay-ng-prinsipyo demonstrasyon na itinaas ang posibilidad na ang mga katulad na therapies ay maaaring madaling mahanap ang pag-aampon sa labas ng klinika. "

Ang mga siyentipiko ay nagtatrabaho sa mga interface ng utak-computer, sa ilang porma o iba pa, mula pa noong huling bahagi ng 1960, sinabi niya. Ang patlang ay umusbong mula sa pagkontrol ng mga cursor ng computer, sa paglipat ng mga wheelchair at robotic na mga armas, ngayon, muling pagtatatag ng boluntaryong kontrol sa mga limbs.

"Ang pinsala sa utak ng spinal cord ay kadalasang nakakapinsala sa pakiramdam ng pag-ugnay pati na rin ang kakayahang lumipat," sabi ni O'Doherty. "Ang pagpapanumbalik ng mga sensasyon sa paa ay isang mahalagang elemento ng neuroprostheses na nagpapahintulot sa likido at likas na paggalaw. "Marami pang mga hamon na magtagumpay," dagdag pa niya. "Ngunit ang bagong resulta na ito, na sinamahan ng maraming kaugnay na pag-unlad sa teknolohiyang wireless, teknolohiya ng baterya, agham na materyales, at iba pa, ay nakapagpapasaya sa akin tungkol sa mga neuroprosthetic na aparato para sa pagpapanumbalik kilusan at pandama ay naging malawak na magagamit. "Ang mga makabagong ideya na ito ay nag-aalok ng pag-asa at ang potensyal para sa pagpapanumbalik ng paggalaw at pagtaas ng kalayaan sa maraming mga pasyente na naninirahan sa paralisis o iba pang pisikal na kapansanan. Dr. Ali Rezai, Ang Ohio State University Wexner Medical Center

Sinabi ni Rezai na 12, 000 na indibidwal sa Estados Unidos bawat taon ay nagpapanatili ng isang pinsala sa utak ng spinal cord, at 300,000 na nakatira sa naturang mga pinsala mula sa aksidente, trauma, pinsala sa sports, at bumaba.

Mas mababa sa 1 porsiyento ang nakakamit ng ganap na paggaling, at karamihan ay may mga depisit na umaasa sa iba't ibang mga teknolohiyang pantulong at nakakapag-agpang upang magbigay ng isang limitadong antas ng kalayaan.

"Ang mga likhang ito ay nag-aalok ng pag-asa at ang potensyal para sa pagpapanumbalik ng kilusan at nadagdagan ang kalayaan sa maraming mga pasyente na naninirahan sa paralisis o iba pang mga pisikal na kapansanan," sabi ni Rezai. "Bilang karagdagan sa pagpapabuti ng motor, ang teknolohiyang ito ay may mga potensyal na implikasyon para sa mga may pandinig na depisit, malalang sakit, pananalita, stroke, cognitive, pagkabalisa, at mga implikasyon sa pag-uugali. "

Sinabi ni Rezai na inaasahan niya na sa lalong madaling panahon ang mga may pisikal, madaling makaramdam, nagbibigay-malay, at iba pang mga kapansanan ay magkakaroon ng pagkakataong maging mas functional, magkaroon ng higit na kalayaan, at isang mas mahusay na kalidad ng buhay.

"Ang aming layunin ay upang gawing mas nagsasalakay ang teknolohiyang ito, bawasan ang laki ng aparato, i-miniaturize ang mga sensor, gawing wireless ang system, at ibigay ang sistema sa bahay sa halip na sa laboratoryo," sabi niya.

Nagtatrabaho din ang koponan ng Kaso Western upang isulong ang teknolohiyang sistema nito.

"Kailangan naming bumuo ng isang wireless interface ng utak upang palitan ang cable na nag-uugnay sa gumagamit sa isang hanay ng mga computer ng pag-record," sabi ni Ajiboye. "Kailangan namin upang mapahusay ang utak implant para sa mahabang buhay, upang madagdagan ang bilang ng mga neurons maaari naming i-record mula sa, at upang bumuo ng isang ganap na implanted utak interface at functional electrical pagpapasigla sistema. "