Lammet mands arm tilsluttet til at modtage hjernesignaler

Forskere ved Case Western Reserve University i Ohio siger, at de har brugt elektronik til at omgå en lammet mands rygmarvsskade, hvilket tillader ham at bruge et implantat i sin hjerne til at bevæge sin arm og hånd.

En lammet frivillig i Ohio kontrollerer en virtuel simulation af sin arm ved hjælp af to hjerneimplantater.

Testen repræsenterer første gang, at signaler opsamlet i hjernen er blevet overført direkte til elektroder placeret inde i en persons arm for at genoprette bevægelsen, siger Robert Kirsch, en biomedicinsk ingeniør hos Case Western. Han leder også Cleveland FES Center, som udvikler teknologier til mennesker med lammelser.

Projektet, beskrevet i dag på mødet i Society for Neuroscience i Chicago, er et skridt i retning af et trådløst system, der er i stand til at transmittere hjernesignaler gennem luften til elektronik, der er syet ind i lemmerne på lammede mennesker, og derved genoprette evnen til at udføre simple daglige opgaver.

Folk, der er bekendt med undersøgelsens resultater, sagde, at den frivilliges bevægelser stadig er barske og ikke godt koordineret. Det er ikke en flydende naturlig bevægelse, som om du tager en kop kaffe for at drikke den, siger John Donoghue, en af ​​lederne af BrainGate , et konsortium, der udvikler hjerne-computer-grænseflader og inkluderer Case Western-teamet. Men det faktum, at de fik en person til at kontrollere deres egen krop, til at stimulere musklerne på en bestemt måde for at få dem til at bevæge sig, og gøre det fra et lille stykke hjerne, er utroligt.

Utah Electrode Array har 96 siliciumnåle, der registrerer de elektriske impulser fra neuroner inde i hjernen.

Frivillige i hjerneimplantatundersøgelser har tidligere flyttet computermarkører og kontrollerede robotarme. Sidste år modtog en anden mand fra Ohio med delvis armlammelse et hjerneimplantat og var i stand til det mentalt åbne og lukke sin hånd ved hjælp af strimler af eksterne elektroder placeret rundt om hans underarm. Den indsats, kaldet Neurobridge, ledes af Ohio State University og Battelle Memorial Institute.

Case Western-projektet går et skridt videre, fordi den nye frivillige har en rygmarvsskade, der forhindrer ham i overhovedet at bevæge armene. Mary Buckett, en talskvinde for FES Center, sagde, at deltagerens identitet endnu ikke blev offentliggjort.

Bolu Ajiboye, Case Western-forskeren, der præsenterede holdets data i Chicago i dag, siger, at for ni måneder siden implanterede kirurger to bundter af siliciumelektroder, kaldet Utah-arrays, i den frivilliges motoriske cortex. Det er den del af hjernen, hvor bevægelser er planlagt. Ledninger fra hvert array kommer ud af kraniet gennem metalporte og forbindes til computere, der fortolker signalerne.

For at fuldende broen af ​​mandens rygmarvsskade indsatte lægerne derefter mere end 16 fine ledninger i den frivilliges højre arm og hånd. Elektriske impulser sendt til disse elektroder får forskellige muskler til at trække sig sammen, hvilket skaber bevægelse i skulder, albue og håndled, en tilgang kendt som funktionel elektrisk stimulation eller FES.

Ifølge Kirsch er den frivillige i stand til meget præcist at styre en computersimulering af sin opkoblede arm ved hjælp af sine hjernesignaler. At flytte den rigtige arm under hjernekontrol har vist sig mere udfordrende. Det virtuelle setup er perfekt, det gør, hvad han siger, men FES-systemet skal bruge hans kronisk lammede arm, siger Kirsch. Han sagde, at manden har været lammet i så lang tid, at hans muskler er svage og atrofierede.

En FES-elektrode bruges til at stimulere muskler og skabe bevægelse i lemmer på lammede mennesker.

Bestræbelserne på at kombinere hjerne-computer-grænseflader med FES-systemer begyndte for 20 år siden. I et eksperiment fra 1998, også hos Case Western, brugte en frivillig ved navn Jim Jatich signaler indsamlet fra en EEG-hætte, han bar over hovedet til at udløse en tidlig FES-enhed kendt som Freehand, som åbnede og lukkede hans hånd ved hjælp af stimulatorer (se Mind over Muscles og lammet igen). Denne enhed krævede kun et simpelt tænd/sluk-signal, som Jatich var i stand til at generere ved at modulere sin EEG-bølge.

Implantater placeret i kontakt med hjernens motoriske cortex kan dog indsamle langt mere detaljerede oplysninger, herunder skøn over, hvilke lemmerbevægelser en person tænker på. I eksperimenter med robotarme har nogle frivillige formået at flytte og stable genstande (se Tankeeksperimentet). Forskere forsøger nu at etablere lignende eller bedre kontrol over en persons egne lemmer.

Visionen er, at en person ville gå rundt i lokalet og lave normale ting, siger Donoghue. Men det er en vision med mange skridt, før den sker.

For lammede personer kan en praktisk løsning ikke komme hurtigt nok. Ian Burkhart, deltageren i Ohio State-undersøgelsen, siger, at han stadig arbejder med forskere tre dage om ugen og øver sig på at samle mindre genstande op. Hvis jeg kunne tage det system, jeg bruger lige nu, med hjem, ville jeg gøre det med et hjerteslag, siger den 24-årige, der kom til skade i en svømmeulykke. Der er begrænsninger for det, men de opvejes let af fordelen ved at kunne fatte noget og flytte det rundt.

skjule