Bilim adamları, kasıtlı yürüme hareketini geçici olarak felçli bacağına geri döndüren bir çift rhesus makakındaki omurilik yaralanmalarını atlamak için kablosuz bir “beyin-omurilik arayüzü” kullandılar.
Araştırmacılar, yürüyüş hareketini doğrudan insan olmayan primatların bacaklarına geri getirmek için ilk kez bir nöral protez kullanıldığını söylüyorlar.
Brown Üniversitesi mühendislik profesörü yardımcısı ve yardımcı yazar David Borton, “Geliştirdiğimiz sistem, beynin motor korteksinden kaydedilen sinyalleri, omurgadaki sinirlerin koordineli elektriksel uyarımını tetiklemek için kullanıyor” diyor. Çalışmanın. “Sistem açıkken, çalışmamızdaki hayvanların neredeyse normal hareketleri vardı.”
Çalışma, omurilik yaralanmaları olan insanlar için tasarlanmış benzer bir sistemin geliştirilmesine yardımcı olabilir.
İletişimi yeniden kurun
Borton, “Beyin kontrollü bir spinal stimülasyon sisteminin omurilik yaralanmasından sonra rehabilitasyonu artırabileceğini gösteren kanıtlar var” diyor Borton. “Bu, bu olasılığı test etmeye yönelik bir adım.”
İşbirliğine liderlik eden Ecole Polytechnique Federale Lozan'da (EPFL) profesör olan Grégoire Courtine, arayüzün omurgasını test etmek için İsviçre'de klinik denemelere başladı. “Önümüzdeki birçok zorluk var ve bu müdahalenin tüm bileşenlerinin insanlarda test edilmesi birkaç yıl alabilir.”
Beyindeki ve omurilikteki nöronlar arasındaki karmaşık etkileşim nedeniyle yürümek mümkündür. Beynin motor korteksinden gelen elektrik sinyalleri, omuriliğin alt kısmındaki lomber bölgeye iner ve burada bacağını uzatmaktan ve esnetmekten sorumlu kasların hareketini koordine eden motor nöronları harekete geçirirler.
Üst omurga yaralanması beyin ve alt omurilik arasındaki iletişimi kesebilir. Hem motor korteks hem de spinal nöronlar tamamen işlevsel olabilir, ancak aktivitelerini koordine edemezler. Çalışmanın amacı, bu iletişimin bir kısmını yeniden kurmaktı.
Beyin-omurilik arayüzü, motor korteksinden sinyalleri kaydetmek için beyine yerleştirilen hap büyüklüğünde bir elektrot dizisi kullanır. Sensör teknolojisi, insanlarda araştırma amaçlı kullanılmak üzere kısmen Brown, Case Western Reserve Üniversitesi, Massachusetts Genel Hastanesi, Providence VA Tıp Merkezi ve Stanford Üniversitesi'ni kapsayan bir araştırma ekibi olan BrainGate işbirliğiyle geliştirilmiştir.
Teknoloji devam etmekte olan pilot klinik çalışmalarda kullanılıyor ve daha önce ders çalışma tetraplejili insanların basitçe kendi ellerinin hareketini düşünerek robotik bir kol kullanabildikleri Brown nöro-mühendis Leigh Hochberg liderliğindeki.
Brown profesörü Arto Nurmikko'nun sinir mühendisliği laboratuarında, Borton'u içeren bir ekip tarafından geliştirilen bir kablosuz nörosensör, beyin çipinin topladığı sinyalleri kablosuz olarak onları çözen bir bilgisayara ve lumbarda implante edilen bir elektriksel spinal stimülatöre gönderir. Omurga, yaralanma alanının altında. Şifresi çözülmüş beyin tarafından koordine edilmiş şekillerde verilen bu elektrik stimülasyonu, hareket kontrolünü sağlayan omurilik sinirlerine işaret eder.
Beyin sinyallerinin kodunu çözmeyi ayarlamak için araştırmacılar beyin sensörünü ve kablosuz vericiyi sağlıklı makaklara yerleştirdi. Sensör tarafından iletilen sinyaller daha sonra hayvanların bacak hareketlerine eşlenebilir. Kod çözücünün bacak kaslarının uzaması ve fleksiyonu ile ilişkili beyin durumlarını doğru bir şekilde tahmin edebildiğini gösterdiler.
Kablosuz çok önemlidir
Borton, beyin sinyallerini kablosuz olarak iletme kabiliyetinin bu çalışma için kritik olduğunu söyledi. Kablolu beyin algılama sistemleri hareket özgürlüğünü sınırlandırmakta, bu da bilgi araştırmacılarının hareket kabiliyeti hakkında toplayabildiklerini sınırlamaktadır.
Borton, “Bunu kablosuz yapmak, nöral aktiviteyi normal bağlamlarda ve doğal davranışlarda eşleştirmemizi sağlıyor” diyor. “Gündelik hayatın faaliyetleri sırasında insan hastalarına yardım etmek için bir gün konuşlandırılabilecek nöroprostetikleri hedefliyorsak, bu tür bağlanmamış kayıt teknolojileri kritik olacaktır.”
Mevcut iş için, yayınlanan TabiatAraştırmacılar, beyindeki sinyallerin lokomotifi nasıl etkilediğine dair anlayışlarını birleştirdiler, Courtine'nin EPFL'deki laboratuvarı tarafından geliştirilen ve omurgadaki lokomotor kontrolünden sorumlu sinir noktaları belirleyen sinir noktaları. Bu, ekibin spinal implant tarafından uyarılması gereken nöral devreleri tanımlamasını sağladı.
Bu parçalar yerinde iken, araştırmacılar tüm sistemi torakal omurgalarında omuriliğin yarısını kaplayan lezyonlu iki makakta test ettiler. Araştırmacılar, bu tür bir yaralanmaya sahip makakların genellikle etkilenen bacağın bir ay veya daha uzun bir süre boyunca işlevsel kontrolünü yeniden kazandığını söylüyor. Ekip, etkilenen bacağın üzerinde herhangi bir gönüllü kontrol bulunmadığı zaman, yaralanmayı takip eden haftalarda sistemlerini test etti.
Bulgular, sistem açıkken hayvanların bir koşu bandında yürürken bacaklarını kendiliğinden hareket ettirmeye başladıklarını göstermektedir. Sağlıklı kontrollerle yapılan kinematik karşılaştırmalar, lezyonlu makakların, beyin kontrollü stimülasyon yardımıyla, neredeyse normal lokomotor paternleri üretebildiğini göstermiştir.
Sistemin insanlık dışı bir primatta çalıştığını gösteren önemli bir adım olsa da, araştırmacılar sistemi insanlarda test etmeye başlamak için çok daha fazla çalışma yapılması gerektiğini vurguladılar. Ayrıca çalışmadaki bazı kısıtlamaları da belirtmişlerdir.
Örneğin, bu çalışmada kullanılan sistem beyinden omurgaya sinyalleri başarıyla iletirken, duyusal bilgiyi beyne geri döndürme yeteneğinden yoksundur. Ekip ayrıca, etkilenen bacağına hayvanların ne kadar baskı uygulayabildiğini test edemedi. Bacağın biraz ağırlık taşıdığı açıkken, bu işten ne kadar net olduğu belli değildi.
Borton, “Tam bir çeviri çalışmasında, hayvanın yürüme sırasında ne kadar dengeli olduğu ve uygulayabilecekleri güçleri ölçmek için daha fazla ölçüm yapmak istiyoruz” diyor.
Sınırlamalara rağmen, araştırma primatlarda gelecekteki çalışmalar için bir aşama ve potansiyel olarak insanlarda bir rehabilitasyon yardımı olarak belirliyor.
Borton, “Sinirbilimde birlikte ateş açan devreleri birleştiren bir atasözü var” diyor. “Buradaki fikir, beyni ve omuriliği biraraya getirerek, rehabilitasyon sırasında devrelerin büyümesini artırabiliriz. Bu, bu çalışmanın ana hedeflerinden biri ve genel olarak bu alanın bir hedefi. ”
Finansman, Avrupa Topluluğunun Yedinci Çerçeve Programı, Uluslararası Parapleji Araştırma Vakfı, Avrupa Araştırma Konseyi'nden, Wyss Merkezi, Cenevre'deki Wyss Merkezi, Marie Curie Bursu, Marie Curie COFUND EPFL bursları, Medtronic Morton Cure Paralysis Fund bursu, NanoTera.ch tarafından sağlanmıştır. Program, Robotik Sinergia Araştırmalarında Ulusal Yetkinlik Merkezi programı, Çin-İsviçre Bilim ve Teknoloji İşbirliği ve İsviçre Ulusal Bilim Vakfı.
Kaynak: Brown Üniversitesi
{youtube}pDLCuCpn_iw{/youtube}
İlgili Kitaplar:
at InnerSelf Pazarı ve Amazon
