211service.com
Brain Chip hjälper Quadriplegics att flytta robotarmar med sina tankar
En förlamad patient utrustad med ett inopererat hjärnchip har kunnat använda en robotarm för att sträcka sig efter och plocka upp en flaska kaffe, föra den tillräckligt nära ansiktet så att hon kunde dricka ur ett sugrör och sedan sätta tillbaka flaskan på bordet.
Den kvadriplegiske patienten var utrustad med ett elektroniskt hjärnimplantat som kan driva en robotarm för att nå och greppa föremål ( se video ). En studie publicerad idag i tidskriften Natur visar att personer med hjärnchips kan använda enheterna för att utföra komplexa tredimensionella uppgifter som kan vara till hjälp i det dagliga livet. Dessutom kan de implanterade elektroderna registrera neuronala signaler så länge som fem år - längre än man misstänkt. I tidigare studier har patienter som använder hjärnimplantat kunnat flytta en markör på en skärm, men inte utföra komplicerade rörelser med föremål i den verkliga världen.
Resultaten är de senaste tillkännagivandena från ett team som leds av John Donoghue, en neuroforskare vid Brown University. Donoghue och medarbetare hade rapporterat 2006 att patienter som förlamats av ryggmärgsskador kunde använda hjärn-maskin-gränssnitt för att driva markörernas rörelser på en skärm och göra enkla öppna-och-stäng-rörelser med en robothand. Nu har forskarna visat att ett gränssnitt mellan hjärna och maskin kan styra mer komplicerade uppgifter. Inte bara kan människor styra en datormarkör, de kan styra riktigt komplexa enheter som en robotarm som kan utföra de funktioner som vår egen arm kan göra, säger Donoghue.
Hjärnimplantatet är en liten grupp som är fyra millimeter på varje sida (ungefär lika stor som en babyaspirin, säger Donoghue) med 96 hårliknande elektroder som sträcker sig från ena sidan. Enheten sitter på hjärnans yta och elektroderna penetrerar den armkontrollerande delen av den motoriska cortexen med en millimeter. Implantatet registrerar impulser från dussintals neuroner. En patients avsikt att röra sig genererar dessa impulser, som sedan överförs till en dator som översätter mönstren för elektrisk aktivitet till kommandon som kan styra en robotarm.
Det som är slående för mig med den här studien är att den på ett bra sätt visar, för första gången hos mänskliga patienter, att man kan använda dessa signaler för att styra en robot som är viktig för en patients dagliga liv, säger Andrew Jackson, en neuroforskare vid Newcastle University. Forskarna säger att algoritmiska förbättringar i att plocka upp aktivitetsmönster i hjärnan och tolka dessa mönster var nyckeln till framstegen.
Målet med den kliniska pilotstudien är att utveckla teknologier som kan återställa förmågan att kommunicera och röra sig och att ge oberoende till personer med neurologisk sjukdom eller skada. Hittills har sju patienter anmälts till försöket. De två deltagarna i detta senaste arbete led båda av hjärnstamslag som gjorde att de inte kunde tala eller röra sina lemmar. Vid tidpunkten för studien hade en patient implantatet i fem månader, den andra i mer än fem år.
Implantatens livslängd visar att enheten kan fånga upp användbara signaler från hjärnan i åratal, vilket är en oro i området. När du stoppar in något i hjärnan, är det en reaktion på närvaron av den enheten, säger Donoghue. Celler skadas eller förskjuts av elektroderna, och hjärnan kan bilda ärrvävnad runt dem. Men det verkar inte som att hjärnans reaktion är ett hinder för inspelning, säger Donoghue.
Ändå försämrades signalen med tiden. Även om de spelar in signaler fem år efter att arrayen sattes in, är signalerna inte så stabila från dag till dag, säger Jackson. Han påpekar att den geléliknande vävnaden i hjärnan rör sig i vår skalle, och ett styvt, fixerat implantat kan tvinga hjärnan att deformeras runt den. Om signalerna förändras från dag till dag, skulle [en patient] behöva kalibrera om systemet från dag till dag?
För nu måste implantatet kopplas in i en extern uppställning, men Brown-forskarna och forskarna vid Blackrock Microsystems i Utah (som tillverkar implantaten) arbetar man med trådlösa versioner som testas på djur. Donoghue hoppas att implantaten så småningom kan driva elektrisk stimulering av en patients egna muskler och kringgå behovet av robotarmar. Sådana experiment har visat lovande hos icke-mänskliga primater (se till exempel a nyligen genomförd studie från Northwestern University ).