Lammede rotter tager 1.000 skridt, orkestreret af computer

Det er et mærkeligt syn: en lammet rotte, der går på bagbenene i en præcis kadence, alt styret af en computer.

En lammet rotte tager skridt. Den er under kontrol af en computer, der er fastgjort til dens rygmarv.

Det er en lille smule Frankenstein, siger Gregoire Courtine , en neurovidenskabsmand ved École Polytechnique Fédérale i Lausanne, Schweiz, som i et papir offentliggjort i går i Videnskab translationel medicin beskriver hans bestræbelser på at bruge elektronik til at genoprette flydende, realistiske bevægelser til lammede dyr.

Undersøgelsen er en del af en bredere indsats for at hjælpe lammede mennesker til at gå igen ved at zappe deres rygmarv med elektriske impulser. Disse signaler kan erstatte kommandoer, som normalt udsendes af hjernen, men som afbrydes, når rygmarven er skadet.

Dette forår sagde læger og forskere fra University of Louisville og University of California, Los Angeles fire mænd som havde været lammet i årevis var i stand til at genvinde bevægelse i deres ben, hofter, ankler og tæer og endda stå ved hjælp af en implanteret enhed, der stimulerede deres rygmarv, en teknik kaldet epidural stimulation.

Selvom de opnåede bevægelser var beskedne - og ikke tillader mændene at gå på egen hånd - lod teknologien dem træne deres ben, hvilket så ud til at genoprette en vis bevægelse.

En grænse for epidural stimulation indtil videre er, at de elektriske impulser ikke producerer komplekse, koordinerede bevægelser. Også i menneskelige tests styres stimulatorerne manuelt. Det er her systemet Courtine udviklede kunne komme i spil. Ved at filme rotterne, mens de gik, førte det schweiziske hold billederne til software, der hurtigt justerede stimuleringsmønstret for at producere synkroniserede skridtbevægelser.

Et sådant system kunne hjælpe en person med at gå rytmisk og bevare sin balance. Jo bedre det er, jo bedre vil det frigøre individet, der bliver stimuleret, så vedkommende ikke skal tage konstante beslutninger, siger V. Reggie Edgerton , en fysiolog ved UCLA, som har testet epidural stimulation på patienter (se Lammet mand står med hjælp af spinal stimulering).

For at frembringe deres resultater skar de schweiziske videnskabsmænd rygmarvene af et halvt dusin rotter og implanterede derefter fleksible elektroder i den nederste del af deres rygmarv. Dyrene fik også en type lægemiddel kendt som en serotoninagonist, som Courtine siger gør rygmarven klar til at kommunikere med benene, en evne der er udtømt efter en skade. Med deres vægt understøttet af en sele blev rotterne placeret på et løbebånd eller på en landingsbane med forhindringer.

Dette er det første lukkede kredsløbskontrolsystem, der virkelig kan justere benbevægelser i realtid på trods af lammelse, siger Courtine. Hver af rotterne gik mindst tusind på hinanden følgende skridt og navigerede med succes på trapper på størrelse med gnavere.

Hans team håber at teste sine ideer i en menneskelig frivillig næste år. Ideen er at bruge dette i rehabiliteringsrummet, siger Courtine og citerer beviser for, at træning af rygmarven og benene delvist kan genoprette afbrudte forbindelser til hjernen.

Epidural stimulationsteknologi er dog stadig langt fra at tillade lammede mennesker at gå på egen hånd. Hunter Peckham , en bioingeniør ved Case Western Reserve University, siger, at patienter ønsker at kontrollere deres egne bevægelser, hvilket betyder, at fremtidige versioner af disse systemer skal finde en balance mellem automatiserede rutiner og bevægelser valgt af brugeren.

Courtine siger, at hans gruppe arbejder på at udvikle en hjerne-maskine-grænseflade, såsom elektroder implanteret i hjernens motoriske cortex for at registrere tilsigtede bevægelser, som i sidste ende kan tillade patienter at kontrollere en spinal stimulator og bevægelsen af ​​deres ben ved hjælp af deres egne tanker.

skjule