211service.com
En hjernechip til at kontrollere lammede lemmer
Forskere bygger nu en enhed, der registrerer hjernesignaler og overfører dem til lammede muskler, hvilket potentielt giver muskelkontrol til alvorligt lammede patienter. I protesesystemet, som stadig er i tidlig udvikling, optager en hjernechip neurale signaler fra den del af hjernen, der styrer bevægelsen. Chippen behandler derefter disse signaler og sender præcise beskeder til ledninger implanteret i forskellige muskler i patientens arm eller hånd, hvilket udløser det lammede lem til at gribe et glas eller klø i næsen. Vores ultimative mål er, at en person tænker og ubesværet bevæger armen , siger Robert Kirsch , assisterende direktør for Funktionelt elektrisk stimuleringscenter , ved Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center, i Cleveland, OH.
En implanteret enhed, der udløser specifikke muskler, hjælper lammede patienter med at bevæge deres lemmer. En central stimulator er forbundet med ledninger, der vil blive implanteret i muskler.
Ved rygmarvsskader og nogle typer slagtilfælde og neurodegenerative sygdomme er neurale kredsløb mellem hjernen og kroppen beskadiget, hvilket efterlader patienter med dybe bevægelsesproblemer. Forskere har allerede gjort bemærkelsesværdige fremskridt med at overvinde denne neurale blokade ved at udvikle nye måder at stimulere muskler på. Ved funktionel elektrisk stimulation (FES) påføres elektrisk strøm til specifikke nerver eller muskler for at udløse muskelsammentrækninger. Når bæreren foretager en forudbestemt bevægelse med hans eller hendes hoved eller skuldre, udløser han eller hun stimulering af visse muskler, hvilket gør det muligt for lemmen at bevæge sig på en bestemt måde. Enheder, der kan genoprette håndfunktion og blærekontrol til nogle lammelsespatienter, er allerede blevet godkendt af FDA.
Multimedier
SLIDESHOW: Se systemet
I et system, som Kirsch og hans kolleger tester for personer med rygmarvsskader, der er alvorlige nok til at gøre dem lamme fra nakken og ned, bliver en pacemakerlignende stimulator kirurgisk implanteret i patientens bryst eller mave med forbindelsesledninger implanteret i op til 12 forskellige muskler. Et andet sæt ledninger registrerer aktivitet i muskler, der er under patientens frivillige kontrol. Disse signaler bruges så til at udløse aktivitet i de lammede muskler.
Men for nogle patienter, især alvorligt lammede personer med kontrol over få muskler, kunne brug af signaler optaget direkte fra hjernen til at kontrollere de lammede lemmer give en lettere og mere intuitiv måde at bevæge sig på. Så Cleveland-forskerne arbejder med John Donoghue , en neurovidenskabsmand ved Brown University, som har udviklet implanterbare hjernechips, der registrerer og behandler elektrisk aktivitet direkte fra neuroner. Enheden, lavet af Cyberkinetik Neuroteknologi Systemer , i Foxborough, MA, består af en lillebitte chip indeholdende 100 elektroder, der optager signaler fra hundredvis af neuroner i den motoriske cortex, den del af hjernen, der modulerer bevægelse. En computeralgoritme oversætter derefter dette komplekse aktivitetsmønster til et signal, der bruges til at styre en computer eller en protese. Indtil videre er chippen blevet testet på tre patienter – de første mennesker nogensinde til at modtage denne type implantat. (Se Implanting Hope, marts 2005; Brain Chips giver lammede patienter nye kræfter; og pilotering af en kørestol med sindets kraft).
Eksperter har store forhåbninger til den nye enhed. Vi betragter dette som den eneste aktuelle levedygtige teknologi i horisonten til at give patienter høje niveauer af restaurering af livmoderhalsskader og kontrol over deres lemmer, siger Joseph Pancrazio , direktør for neural-ingeniør- og neuroproteseforskningsprogrammet ved National Institutes of Neurological Disorders and Stroke, et af de agenturer, der finansierer forskningen.
Projektet vil sandsynligvis være komplekst. Donoghue og kolleger skal først gøre deres hjernechip trådløs og fuldt implanterbar. (I øjeblikket har patienter noget hardware, der stikker ud fra deres kranium og er forbundet til en computer via ledninger.) Et implanterbart system vil minimere risikoen for infektion, og det kan også hjælpe patienter med at lære at bruge systemet. Eberhard Fetz , en neurovidenskabsmand ved University of Washington i Seattle, som udvikler lignende systemer i aber, siger, at en implanterbar enhed ville give patienterne mulighed for at bruge systemet 24 timer i døgnet, hvilket ville hjælpe dem med at lære at modulere neurale signaler til præcis kontrol.
I det første sæt af tests, der er planlagt til at begynde næste måned, vil patienter implanteret med Cyberkinetics-chippen forsøge at bevæge en virtuel arm, hvilket giver forskerne mulighed for at studere, hvilket kontrolniveau de kunne håbe på at opnå, og identificere de muskler, der skal stimuleres at fremkalde nyttige bevægelser. Når forskerne har bygget en implanterbar chip og har demonstreret, at patienter kan kontrollere en virtuel arm tilstrækkeligt, vil holdet begynde at integrere chippen og FES-systemet.
På lang sigt vil forskere sandsynligvis skulle smelte flere enheder sammen. For fuldt ud at realisere potentialet i disse systemer, er vi nødt til at tænke på ikke kun et enkelt FES-system til øvre lemmer, siger Pancrazio. Vi skal tænke på et netværk af systemer. Individet kan have brug for systemer til ventilation, blærekontrol og tarmkontrol.