211service.com
Ett hjärnchip för att kontrollera förlamade lemmar
Forskare bygger nu en enhet som registrerar hjärnsignaler och överför dem till förlamade muskler, vilket potentiellt återställer muskelkontroll till svårt förlamade patienter. I protessystemet, som fortfarande är i tidig utveckling, registrerar ett hjärnchip neurala signaler från den del av hjärnan som styr rörelsen. Chipet bearbetar sedan dessa signaler, skickar exakta meddelanden till ledningar som är implanterade i olika muskler i patientens arm eller hand, vilket utlöser den förlamade extremiteten att ta ett glas eller klia sig i näsan. Vårt yttersta mål är att en person ska tänka och utan ansträngning röra armen , säger Robert Kirsch , biträdande direktör för Funktionell elstimuleringscenter , vid Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center, i Cleveland, OH.
En implanterad enhet som utlöser specifika muskler hjälper förlamade patienter att röra sina lemmar. En central stimulator är ansluten till ledningar som kommer att implanteras i muskler.
Vid ryggmärgsskador och vissa typer av stroke och neurodegenerativa sjukdomar skadas neurala kretsar mellan hjärnan och kroppen, vilket lämnar patienter med djupa rörelseproblem. Forskare har redan gjort anmärkningsvärda framsteg för att övervinna denna neurala blockad genom att utveckla nya sätt att stimulera muskler. Vid funktionell elektrisk stimulering (FES) appliceras elektrisk ström på specifika nerver eller muskler för att utlösa muskelsammandragningar. När bäraren gör en förutbestämd rörelse med hans eller hennes huvud eller axlar, utlöser han eller hon stimulering av vissa muskler, vilket gör att lemmen kan röra sig på ett specifikt sätt. Enheter som kan återställa handfunktion och blåskontroll till vissa förlamade patienter har redan godkänts av FDA.
Multimedia
BILDSPEL: Se systemet
I ett system som Kirsch och hans kollegor testar för personer med ryggmärgsskador som är tillräckligt allvarliga för att göra dem förlamade från nacken och nedåt, implanteras en pacemakerliknande stimulator kirurgiskt i patientens bröst eller buk, med anslutningstrådar implanterade i upp till 12 olika muskler. En annan uppsättning ledningar registrerar aktivitet i muskler som är under patientens frivilliga kontroll. Dessa signaler används sedan för att utlösa aktivitet i de förlamade musklerna.
Men för vissa patienter, särskilt svårt förlamade individer med kontroll över få muskler, kan användning av signaler inspelade direkt från hjärnan för att kontrollera de förlamade extremiteterna ge ett enklare och mer intuitivt sätt att röra sig. Så Cleveland-forskarna arbetar med John Donoghue , en neuroforskare vid Brown University, som har utvecklat implanterbara hjärnchips som registrerar och bearbetar elektrisk aktivitet direkt från neuroner. Enheten, tillverkad av Cyberkinetik Neurotekniksystem , i Foxborough, MA, består av ett litet chip som innehåller 100 elektroder som registrerar signaler från hundratals neuroner i den motoriska cortex, den del av hjärnan som modulerar rörelse. En datoralgoritm översätter sedan detta komplexa aktivitetsmönster till en signal som används för att styra en dator eller protes. Hittills har chippet testats på tre patienter – de första personerna någonsin att få den här typen av implantat. (Se Implanting Hope, mars 2005; Brain Chips ger förlamade patienter nya krafter; och pilotering av en rullstol med sinnets kraft.)
Experter har stora förhoppningar på den nya enheten. Vi anser att detta är den enda aktuella hållbara tekniken vid horisonten för att ge patienterna höga nivåer av livmoderhalsskada återställande och kontroll över sina lemmar, säger Joseph Pancrazio , chef för det neurala ingenjörs- och neuroprotesforskningsprogrammet vid National Institutes of Neurological Disorders and Stroke, en av byråerna som finansierar forskningen.
Projektet kommer sannolikt att bli komplext. Donoghue och kollegor måste först göra sitt hjärnchip trådlöst och fullt implanterbart. (För närvarande har patienter en del hårdvara som sticker ut från skallen och är anslutna till en dator via kablar.) Ett implanterbart system skulle minimera risken för infektion, och det kan också hjälpa patienter att lära sig att använda systemet. Eberhard Fetz , en neuroforskare vid University of Washington i Seattle, som utvecklar liknande system hos apor, säger att en implanterbar enhet skulle tillåta patienter att använda systemet 24 timmar om dygnet, vilket skulle hjälpa dem att lära sig att modulera neurala signaler för exakt kontroll.
I den första uppsättningen av tester, som beräknas börja nästa månad, kommer patienter som implanterats med Cyberkinetics-chippet att försöka flytta en virtuell arm, vilket gör det möjligt för forskare att studera vilken nivå av kontroll de kan hoppas på att uppnå och identifiera de muskler som behöver stimuleras för att framkalla användbara rörelser. När forskarna har byggt ett implanterbart chip och har visat att patienter kan kontrollera en virtuell arm tillräckligt, kommer teamet att börja integrera chipet och FES-systemet.
På lång sikt kommer forskare sannolikt att behöva smälta flera enheter. För att fullt ut inse potentialen hos dessa system måste vi tänka på inte bara ett enda FES-system för övre extremiteter, säger Pancrazio. Vi måste tänka på ett nätverk av system. Individen kan behöva system för ventilation, blåskontroll och tarmkontroll.