Kaks halvatushaiget olid üleval ja kõndisid jooksulindil kiiresti. Selle muljetavaldava etenduse tegi võimalikuks enneolematu uus operatsioon, mille käigus teadlased implanteerisid patsientide ajudesse traadita seadmeid, mis registreerisid nende ajutegevuse. See tehnoloogia võimaldas ajudel jalgadega suhelda - muutes seljaaju murtud teed - nii et patsient saaks taas kontrolli alla saada.
Seotud sisu
- Kuidas närvivõrkude häkkimine võib aidata amputeeritutel muna hävitada
- Viis halvatud meest liiguvad UCLA uuringus taas jalgadega
Selgus, et need patsiendid olid ahvid. Kuid see väike samm ahvide jaoks võib viia hiiglasliku hüppeni miljonite halvatud inimeste jaoks: sama varustus on juba heaks kiidetud kasutamiseks inimestel ning Šveitsis on käimas kliinilised uuringud, et testida inimestel seljaaju stimulatsioonimeetodi terapeutilist efektiivsust. (miinus ajuimplantaat). Nüüd, kui teadlastel on kontseptsiooni tõestus, võiks selline traadita neurotehnoloogia muuta halvatuse taastumise tulevikku.
Selle asemel, et parandada kahjustatud seljaaju radu, mis tavaliselt jäsemetele ajusignaale edastavad, proovisid teadlased uuenduslikku lähenemisviisi halvatuse tagasipööramiseks: vigastuse kitsaskoha täielik ületamine. Implantaat töötas sillana aju ja jalgade vahel, suunates jalgade liikumist ja stimuleerides lihaste liikumist reaalajas, ütles Šveitsi École Polytechnique Fédérale de Lausanne'i (EPFL) teadur Tomislav Milekovic. Milekovic ja kaasautorid teatavad oma leidudest kolmapäeval ajakirjas Nature avaldatud uues artiklis.
Kui aju närvivõrk töötleb teavet, tekitab see eristatavaid signaale - mida teadlased on õppinud tõlgendama. Need, kes käivad primaatidel kõndimas, pärinevad peenraha suurusest piirkonnast, mida tuntakse motoorse ajukoorena. Tervislikul inimesel liiguvad signaalid seljaajust alla nimmepiirkonda, kus nad suunavad jalalihaste aktiveerimise kõndimise võimaldamiseks.
Kui traumaatiline vigastus ületab selle ühenduse, on subjekt halvatud. Kuigi aju on endiselt võimeline andma õigeid signaale ja jala lihaseid aktiveerivad närvivõrgud on terved, ei jõua need signaalid kunagi jalgadeni. Teadlastel õnnestus taastada ühenduse põhjalik reaalajas traadita tehnoloogia - enneolematu feat.
Kuidas süsteem töötab? Meeskonna tehisliides algab pea 100 elektroodi massiivi, mis on implanteeritud aju motoorsesse ajukooresse. See on ühendatud salvestusseadmega, mis mõõdab aju elektriliste tegevuste teket, mis kontrollivad jalgade liikumist. Seade saadab need signaalid arvutisse, mis dekodeerib ja teisendab need juhised teisele elektroodide rühmale, mis on implanteeritud seljaaju alumisse ossa, vigastuse alla. Kui teine elektroodirühm saab juhised, aktiveerib see jalgade vastavad lihasrühmad.
Uuringuks tehti kahes Rhesuse makaak-ahvis laboris seljaaju vigastused. Pärast operatsiooni pidid nad paar päeva kulutama, et taastuda ja oodata, kuni süsteem kogub ja kalibreerib oma seisundi kohta vajalikud andmed. Kuid vaid kuus päeva pärast vigastust kõndis üks ahv jooksulindil. Teine oli üleval ja kõndis vigastusejärgsel 16. päeval.
Ajuimplantaadi edu näitab esimest korda, kuidas neurotehnoloogia ja seljaaju stimuleerimine suudavad taastada primaadi kõndimisvõime. "Süsteem taastas lokomotoorseid liikumisi kohe, ilma igasuguse väljaõppe või ümberõppeta, " rääkis Milekovic, kes on projekteerinud andmepõhiseid neuroproteesisüsteeme, Smithsonian.com.
"Kui aju-selgroo liides esimest korda sisse lülitasime, oli hetk, mida ma ei unusta kunagi, " lisas EPFL-i teadlane Marc Capogrosso oma avalduses.
Uus ajuimplantaat saadab juhtmevabalt signaale jalgade lihasrühmadele. (Illustratsioon: Jemere Ruby) Aju närvivõrkude "häkkimise" tehnika on andnud tähelepanuväärseid saavutusi, näiteks aidates luua puutetundlikke proteese, mis võimaldavad kandjatel täita delikaatset ülesannet, näiteks munarakkude lõhenemist. Kuid paljud neist jõupingutustest kasutavad kaabliühendusi aju ja salvestusseadmete vahel, mis tähendab, et katsealused ei saa vabalt liikuda. “Käte ja käe liigutuste neuraalset juhtimist uuriti väga detailselt, samas kui vähem tähelepanu on pööratud jalgade liikumise neuronaalsele juhtimisele, mis nõudis loomade liikumist vabalt ja loomulikult, ” räägib Milekovic.
Uuringus mitteosalenud Quebeci Université Lavali neuroteadlane Christian Ethier nimetas seda tööd “suureks sammuks neuroproteesisüsteemide arendamisel”. Ta lisas: “Usun, et see meeleavaldus kiirendab invasiivsete ajude tõlkimist. -arvuti liidesed inimeste rakenduste poole.
Looduses olevas uudiste ja vaadete tükis nõustub neuroteadlane Andrew Jackson, osutades, kui kiiresti on selle valdkonna edusammud ahvide juurest inimeste poole liikunud. Näiteks näitas 2008. aasta paber, et halvatud ahvid suudavad robotite kätt juhtida ainult oma ajuga; neli aastat hiljem tegi halvatud naine sama. Selle aasta alguses võimaldas aju juhitav lihasstimulatsioon neljajalgsetel inimestel haarata esemeid muu hulgas praktiliste käeliste oskuste järele pärast seda, kui 2012. aastal ahvidel sama saavutus saavutati.
Jackson järeldab sellest ajaloost, et "pole mõistlik spekuleerida, et aju ja seljaaju vahelise liidese esimesi kliinilisi demonstratsioone võisime näha kümnendi lõpuks".
Ahvide ajudesse implanteeritud Blackrocki elektroodimassiivi on aju aktiivsuse edukaks registreerimiseks BrainGate'i kliinilistes uuringutes kasutatud 12 aastat; arvukad uuringud on näidanud, et see signaal suudab täpselt kontrollida keerulisi neuroproteeseadmeid. "Ehkki see nõuab operatsiooni, on massiiv suurusjärgu võrra väiksem kui kirurgiliselt implanteeritud sügava aju simulaatorid, mida kasutab juba enam kui 130 000 Parkinsoni tõve või muude liikumishäiretega inimest, " lisab Milekovic.
Kuigi see test piirdus vaid mõne aju aktiivsuse faasiga, mis on seotud kõnnakutega, soovitab Ethier, et see võiks tulevikus võimaldada suuremat liikumisulatust. „Nende samade ajuimplantaatide abil on võimalik liigutuskavatsust palju detailsemalt lahti dekodeerida, sarnaselt sellega, mida oleme teinud haardefunktsiooni taastamiseks. ... ma eeldan, et edasised arengud ulatuvad kaugemale ja sisaldavad võib-olla ka muid võimeid, nagu takistuste kompenseerimine ja kõndimiskiiruse kohandamine. ”
Ethier märgib veel ühte intrigeerivat võimalust: traadita süsteem võib tegelikult aidata kehal ennast tervendada. "Aju ja seljaaju motoorsete keskuste aktiivsuse uuesti sünkroniseerimisega võiksid nad edendada nn aktiivsusest sõltuvat neuroplastilisust ja kindlustada kõik aju ja lihaseid ühendavad säästlikud ühendused, " ütleb ta. "Sellel võib olla pikaajaline ravitoime ja see soodustab funktsiooni loomulikku taastumist kaugemale sellest, mis on tavapäraste taastusravi võimaluste korral võimalik."
Seda nähtust ei mõisteta hästi ja võimalus jääb siinkohal spekulatiivseks, rõhutab ta. Kuid selle uuringu käegakatsutav saavutus - halvatud ajuga uuesti kõndimisel abistamine - on juba tohutu samm.
