211service.com
Experimentell kirurgi syftar till att återuppliva en förlamad lem
Läkare kommer att försöka återuppliva en patients förlamade arm med en banbrytande operation som involverar att fånga signaler från hans hjärna och återställa rörelse genom ett fint nätverk av elektronik kopplat till armmuskler.
Virtuell arm : I ett viktigt steg nyligen mot att återuppliva en riktig arm kontrollerade en patient med ett inopererat hjärnchip en datormodell av en arm genom att tänka på dess rörelse.
Den nya ansträngningen, som planeras av forskare vid Case Western Reserve University, kommer att använda ett hjärndatorgränssnitt, eller BCI, utvecklat av forskare vid Brown University och Massachusetts General Hospital. I tidigare arbete har patienter använt detta gränssnitt för att styra en datormarkör eller en robotarm (se Brain Chips Helps Quadriplegics Move Robotic Arms with their Thoughts and Patient Shows New Definity with a Mind-Controlled Robot Arm ).
Den nya satsningen kommer att använda samma teknik för att kontrollera patientens faktiska arm med ett system som kallas funktionell elektrisk stimulering (FES). Detta kommer att skicka signaler till så många som 18 arm- och handmuskler så att försökspersonen, som är förlamad från nacken och nedåt, kan utföra uppgifter som att äta och klia sig i näsan.
Detta kommer att vara första gången någon har anslutit en BCI till en FES-enhet, säger Daniel moran , en neuroscientist vid Washington University i St. Louis som inte är involverad i studien. De sätter ihop hela systemet. Operationen kan inträffa detta eller nästa år, enligt forskare från Case Western.
Muskelaktiveringsteknik har länge testats på förlamade patienter. Olika patienter kan göra saker som att trycka på en knapp för att aktivera musklerna i sina annars förlamade ben så att de kan stå och till och med röra sig med en rollator, med hjälp av ben som kan stelna och svänga framåt. Om patienten inte har användning av sina händer kan aktivering av förlamade muskler utlösas av rörelser som en patient kan kontrollera i sin arm, kind eller nacke. Den nya ansträngningen kommer att använda hjärnan själv för att skicka dessa signaler.
I hjärtat av den nya enheten är hjärnimplantatet – en liten sond fyra millimeter på varje sida med 96 hårliknande elektroder som penetrerar 1,5 millimeter in i en del av den motoriska cortex som styr armrörelser. Implantatet registrerar impulserna från dussintals neuroner som motsvarar en patients avsikt att röra sig.
Som förberedelse för att återansluta riktiga armmuskler har forskare nyligen visat att hjärnchippet kan styra en virtuell representation av dessa armmuskler. Den pågående kliniska prövningen kallas BrainGate2 .
Medan signalerna från hjärnan motsvarar en riktning för att flytta något, översätter algoritmen dessa triggers till noggrant koordinerade sammandragningar i så många som 18 muskler, baserat på modellen av dessa musklers rörelser och graderna av armfrihet.
Patienten tänker 'uppåt och åt höger', och vi har en kontrollenhet som faktiskt räknar ut de korrekta muskelaktiveringarna för att röra sig i den riktningen, säger Robert Kirsch, projektets huvudutredare, ordförande för biomedicinsk teknik på Case Western och verkställande direktör. vid avdelningen för veteranärenden Funktionell elstimuleringscenter .
Den nuvarande versionen av den modellen innehåller 29 muskler, uppdelade i 138 muskelelement och 11 leder. På en skärm ser patienten en bild av den virtuella armen och arbetar för att generera hjärnkommandon som i slutändan flyttar den virtuella armen för att vidröra en röd fläck, vilket gör att den blir grön.
Leigh Hochberg, en neurolog vid Massachusetts General Hospital, docent i teknik vid Brown, och en av ledarna för det underliggande forskningssamarbetet, säger att experimentet på den virtuella armen, som först genomfördes 2011, var en avgörande milstolpe. Det tillsammans med de senaste framstegen inom apexperiment ger uppmuntran till att målet är inom räckhåll för att koppla hjärnchips till muskelstimulering, säger han.
Även om den lyckades, skulle den återupplivade armen i sig fortfarande inte kunna förmedla en känsla av beröring tillbaka till bäraren. I en separat uppsättning experiment testar forskare vid Case Western ett system som ger en känsla av beröring tack vare sensorer på en handprotes kopplad till perifera nerver i patientens arm (se En konstgjord hand med riktiga känslor). I teorin kan sådan sensorisk feedback också levereras direkt till hjärnan.
Neuroforskare arbetar också med bättre hjärnimplantat. Aktuella gränssnitt som används i projektet samlar i huvudsak någons avsikt att flytta något i en viss riktning. Nästa generations versioner skulle faktiskt samla in mer naturliga kommandon för muskelrörelser från själva hjärnan - en mer utmanande uppgift men en som lovar mer realistisk kontroll. Ett annat framsteg under utveckling är ett trådlöst gränssnitt mellan skallkontakten och systemet som läser och tolkar signalerna från hjärnan (se A Wireless Brain Computer Interface ).