211service.com
Eksperimentel kirurgi har til formål at genoplive et lammet lem
Læger vil forsøge at genoplive en patients lammede arm med en banebrydende operation, der involverer at fange signaler fra hans hjerne og genoprette bevægelse gennem et fint netværk af elektronik forbundet med armmuskler.
Virtuel arm : I et vigtigt nyligt skridt hen imod at genoplive en rigtig arm, styrede en patient med en implanteret hjernechip en computermodel af en arm ved at tænke på dens bevægelse.
Den nye indsats, som er planlagt af forskere ved Case Western Reserve University, vil bruge en hjernecomputergrænseflade, eller BCI, udviklet af forskere ved Brown University og Massachusetts General Hospital. I tidligere arbejde har patienter brugt denne grænseflade til at styre en computermarkør eller en robotarm (se Hjernechip hjælper Quadriplegics med at bevæge robotarme med deres tanker og patienten viser ny behændighed med en sindstyret robotarm).
Den nye indsats vil bruge den samme teknologi til at kontrollere patientens faktiske arm med et system kaldet funktionel elektrisk stimulation (FES). Dette vil sende signaler til hele 18 arm- og håndmuskler, så forsøgspersonen, der er lam fra nakken og ned, kan udføre opgaver som at spise og næseskrabe.
Dette vil være første gang, nogen har tilsluttet en BCI til en FES-enhed, siger Daniel moran , en neurovidenskabsmand ved Washington University i St. Louis, som ikke er involveret i undersøgelsen. De sætter hele systemet sammen. Operationen kan forekomme dette eller næste år, ifølge Case Western-forskere.
Muskelaktiveringsteknologi har længe været testet hos lammede patienter. Forskellige patienter kan gøre ting som at trykke på en knap for at aktivere musklerne i deres ellers lammede ben, så de kan stå og endda bevæge sig med en rollator, hjulpet på vej af ben, der kan stivne og svinge fremad. Hvis patienten ikke har brug for sine hænder, kan aktivering af lammede muskler udløses af bevægelser, som en patient kan kontrollere i sin arm, kind eller nakke. Den nye indsats vil bruge hjernen selv til at sende disse signaler.
I hjertet af den nye enhed er hjerneimplantatet - en lille sonde fire millimeter på hver side med 96 hårlignende elektroder, der trænger 1,5 millimeter ind i en del af den motoriske cortex, der styrer armbevægelser. Implantatet registrerer impulserne fra snesevis af neuroner svarende til en patients hensigt om at bevæge sig.
Som forberedelse til genforbindelse af rigtige armmuskler har forskere for nylig vist, at hjernechippen kan styre en virtuel repræsentation af disse armmuskler. Det igangværende kliniske forsøg er kendt som BrainGate 2 .
Mens signalerne fra hjernen svarer til en retning for at bevæge noget, oversætter algoritmen disse triggere til omhyggeligt koordinerede sammentrækninger i så mange som 18 muskler, baseret på modellen for disse musklers bevægelser og graderne af armfrihed.
Patienten tænker 'op og til højre', og vi har en controller, der rent faktisk finder ud af de korrekte muskelaktiveringer for at bevæge sig i den retning, siger Robert Kirsch, projektets hovedefterforsker, formand for biomedicinsk ingeniør hos Case Western og administrerende direktør. af afdelingen for veterananliggender Funktionelt elektrisk stimuleringscenter .
Den nuværende version af denne model inkluderer 29 muskler, opdelt i 138 muskelelementer og 11 led. På en skærm ser patienten et billede af den virtuelle arm og arbejder på at generere hjernekommandoer, der i sidste ende bevæger den virtuelle arm for at røre ved en rød plet, så den bliver grøn.
Leigh Hochberg, en neurolog ved Massachusetts General Hospital, lektor i ingeniørvidenskab ved Brown, og en af lederne af det underliggende forskningssamarbejde, siger, at eksperimentet på den virtuelle arm, der første gang blev udført i 2011, var en afgørende milepæl. Det sammen med de seneste fremskridt inden for abeeksperimenter giver opmuntring til, at målet er inden for rækkevidde at forbinde hjernechips med muskelstimulering, siger han.
Selv hvis den lykkes, ville den genoplivede arm i sig selv stadig ikke være i stand til at formidle en følelse af berøring tilbage til bæreren. I et separat sæt eksperimenter tester forskere ved Case Western et system, der giver en følelse af berøring takket være sensorer på en håndprotese, der er forbundet til perifere nerver i patientens arm (se En kunstig hånd med rigtige følelser). I teorien kunne sådan sensorisk feedback også leveres direkte til hjernen.
Neurovidenskabsmænd arbejder også på bedre hjerneimplantater. Nuværende grænseflader, der bruges i projektet, samler i det væsentlige en persons hensigt om at bevæge noget i en bestemt retning. Næste generations versioner ville faktisk indsamle mere naturlige muskelbevægelseskommandoer fra selve hjernen - en mere udfordrende opgave, men en der lover mere realistisk kontrol. Et andet fremskridt under udvikling er en trådløs grænseflade mellem kraniets stik og systemet, der læser og fortolker signalerne fra hjernen (se A Wireless Brain Computer Interface).