How Brain Implants Can Let Paralyzed People Move Again

Bir bardak çay almak kadar basit bir şey vücudunuzdan çok fazla aksiyon gerektirir. Kol kaslarınız ateş ederek kolunuzu bardağa doğru hareket ettirir. Elinizi açmak için parmağınızın kasları ateş eder ve ardından tutamak çevresinde parmaklarınızı bükün. Omuz kaslarınız, kolunuzun omzunuzdan çıkmasını önler ve göbek kaslarınız, bardağın ekstra ağırlığı nedeniyle eğilmemenizi sağlar. Bütün bu kaslar kesin ve koordine bir şekilde ateş etmek zorunda ve yine de tek bilinçli çabanız şu düşünceydi: “Biliyorum: çay!”

Bu nedenle felçli bir uzvun tekrar hareket etmesini sağlamak çok zordur. Felçli kasların çoğu hala çalışabilir, ancak beyin ile iletişimleri kayboldu, bu yüzden ateş talimatlarını almıyorlar. Omuriliğin hasarını henüz tamir edemiyoruz, bu nedenle bir çözüm onu ​​atlayıp, kaslara yapay olarak talimatlar vermektir. Beyin aktivitesini okumak ve yorumlamak için teknolojinin gelişmesi sayesinde, bu talimatlar bir gün doğrudan hastanın zihninden gelebilir.

Felçli kasları, kasların içine yerleştirilen elektrotlarla ya da bunları sağlayan sinirlerin etrafına yerleştirilmiş elektrotlarla uyararak, fonksiyonel elektrik stimülasyonu (FES). Felçli kişilerin hareket etmelerine yardımcı olmasının yanı sıra, mesane fonksiyonunu eski haline getirmek, etkili öksürük üretmek ve ağrı kesmek için de kullanılır. Omurilik hasarı olan insanların yaşamlarında büyük bir fark yaratabilecek büyüleyici bir teknolojidir.

Dimitra Blana ve Keele'deki meslektaşları, bu teknolojiyi karmaşık setlerle nasıl eşleştirecekleri üzerinde çalışıyorlar. bir kolu çalıştırmak için gerekli talimatlar. Eğer o çayı almak istiyorsanız, hangi kasların ne zaman ve ne kadar ateş etmesi gerekir? Ateşleme talimatları karmaşıktır ve sadece çok sayıda çekirdek, omuz, kol ve parmak kasları nedeniyle değildir. Çayınızı yavaşça içerken, bu talimatlar değişir, çünkü fincanın ağırlığı değişir. Farklı bir şey yapmak için, burnunuzu kaşımak gibi, talimatlar tamamen farklıdır.

İşe yarayan birisini bulma umuduyla felçli kaslar üzerinde sadece çeşitli ateşleme kalıpları denemek yerine, kullanabilirsiniz kas-iskelet sistemi bilgisayar modelleri onları hesaplamak için. Bu modeller, kasların, kemiklerin ve eklemlerin hareket sırasında nasıl davranıp etkileşime geçtiğinin matematiksel tanımlarıdır. Simülasyonlarda, kasları daha güçlü veya daha zayıf, “felçli” veya “harici olarak uyarılmış” yapabilirsiniz. Farklı ateşleme modellerini hızlı ve güvenli bir şekilde test edebilirsiniz ve modellerin çay bardaklarını tekrar tekrar toplamasını sağlayabilirsiniz - bazen diğerlerinden daha başarılı.


innerself subscribe graphic


Kasların modellenmesi

Teknolojiyi test etmek için Keele ekibi Cleveland FES Merkezi ABD’de implant ettikleri yer 24 elektrotuna kadar Araştırma katılımcılarının kaslarına ve sinirlerine. Elektrotların nereye yerleştirileceğine karar vermek için modelleme kullanırlar, çünkü mevcut FES sistemlerinde elektrotlardan daha felçli kaslar vardır.

Seçim yapmak zorundaysanız, subscapularis veya supraspinatus'u uyarmak daha iyi olur mu? Aksiller siniri uyarırsanız, elektrotları dallardan önce veya sonra küçük cinslere mi yerleştirmelisiniz? Bu zor soruları cevaplamak için farklı elektrot setleri ile simülasyonlar yürütürler ve bilgisayar modellerinin en etkili hareketleri yapmasına izin verecek olanı seçin.

{Youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}

Şu anda, ekip, rotator manşeti adı verilen bir grup kas tarafından stabilize edilen omuz üzerinde çalışıyor. Kolun ateşleme talimatlarını yanlış anlarsanız, tereyağı bıçağı yerine çorba kaşığı ile ulaşılabilir. Rotator manşete yönelik talimatları yanlış alırsanız, kol omuzdan dışarı fırlayabilir. Bilgisayar modelleri için iyi bir görünüm değil, ama şikayetçi değil. Araştırma katılımcıları daha az bağışlayıcı olur.

Kavramak gibi yararlı hareketler üretmek için felçli kasların nasıl harekete geçirileceğini bilmek, sorunun sadece yarısıdır. Ayrıca, ne zaman kasları ne zaman etkinleştireceğimizi bilmemiz gerekir, örneğin kullanıcı bir nesne almak istediğinde. Bir olasılık, bu bilgiyi doğrudan beyinden okumaktır. Son günlerde, ABD’deki araştırmacılar felçli bireyin beynindeki ayrı hücreleri dinlemek için bir implant kullandı. Farklı hareketler farklı beyin aktivite modelleriyle ilişkilendirildiğinden, katılımcı daha sonra el kaslarının uyarılmasıyla oluşturulan önceden programlanmış altı hareketten birini seçebildi.

Beyni okumak

Bu, nöral protezler için ileriye dönük heyecan verici bir adımdı, ancak birçok zorluk devam ediyor. İdeal olarak, beyin implantlarının on yıllarca dayanması gerekir - şu anda birkaç haftada bile aynı sinyalleri kaydetmek zordur, bu nedenle bu sistemlerin düzenli olarak yeniden kalibre edilmesi gerekir. kullanma yeni implant tasarımları or farklı beyin sinyalleri Uzun vadeli istikrarı artırabilir.

Ayrıca, implantlar uzuvlarımızı kontrol eden milyonlarca hücrenin sadece küçük bir kısmını dinler, bu nedenle okunabilecek hareket aralığı sınırlıdır. Ancak, robotik uzuvların beyin kontrolü çoklu serbestlik dereceleri ile (hareket, dönme ve kavrama) elde edildi ve bu teknolojinin yetenekleri hızla ilerliyor.

Son olarak, genellikle kabul ettiğimiz yumuşak, zahmetsiz hareketler bize kollarımızın nerede uzayda olduğunu ve parmak uçlarımızın nesnelere dokunduğunu söyleyen zengin duyusal geribildirimler tarafından yönlendirilir. Ancak, bu sinyaller yaralanma sonrasında da kaybolabilir. araştırmacılar çalışıyor Beyin implantlarında bir gün hareketin yanı sıra hissi de geri kazanabilir.

Bazı bilim adamları, beyin okuma teknolojisinin, bireylerin bilgisayarlarla, cep telefonlarıyla ve hatta daha verimli iletişim kurmalarına yardımcı olabileceğini düşünüyor. doğrudan diğer beyinlere. Bununla birlikte, bu, bilim kurgu dünyası olmaya devam ederken, tıbbi uygulamalar için beyin kontrolü hızla klinik gerçeklik haline gelmektedir.

Yazarlar Hakkında

Dimitra Blana, Biyomedikal Mühendisliği Araştırma Görevlisi, Keele Üniversitesi

Andrew Jackson, Hoş Geldiniz Vakfı Kıdemli Araştırma Görevlisi, Newcastle Üniversitesi

Bu yazı orijinalinde Konuşma. Okumak Orijinal makale.

İlgili Kitaplar

at InnerSelf Pazarı ve Amazon