211service.com
Förlamade råttor tar 1 000 steg, orkestrerade av dator
Det är en märklig syn: en förlamad råtta som går på bakbenen i en exakt kadens, allt styrt av en dator.
En förlamad råtta tar steg. Den är under kontroll av en dator som är ansluten till ryggmärgen.
Det är lite Frankenstein, säger Gregoire Courtine , en neuroforskare vid École Polytechnique Fédérale i Lausanne, Schweiz, som i en tidning publicerad i går i Vetenskap translationell medicin beskriver hans ansträngningar att använda elektronik för att återställa flytande, realistiska rörelser till förlamade djur.
Studien är en del av en bredare satsning för att hjälpa förlamade människor att gå igen genom att zappa ryggmärgen med elektriska pulser. Dessa signaler kan ersätta kommandon som normalt skickas ut av hjärnan, men som avbryts när ryggmärgen skadas.
I våras sa läkare och forskare från University of Louisville och University of California, Los Angeles fyra män som hade varit förlamade i åratal kunde återfå rörelse i sina ben, höfter, vrister och tår och till och med stå upp med hjälp av en implanterad anordning som stimulerade deras ryggmärg, en teknik som kallas epidural stimulering.
Även om rörelserna som uppnåddes var blygsamma – och inte tillåter männen att gå på egen hand – lät tekniken dem träna sina ben, vilket verkade återställa en viss rörelse.
En gräns för epidural stimulering hittills är att de elektriska pulserna inte producerar komplexa, koordinerade rörelser. Dessutom, i mänskliga tester, styrs stimulatorerna manuellt. Det är där systemet Courtine utvecklade kan komma in i bilden. Genom att filma råttorna när de gick matade det schweiziska teamet bilderna till programvara som snabbt justerade stimuleringsmönstret för att producera synkroniserade stegrörelser.
Ett sådant system skulle kunna hjälpa en person att gå rytmiskt och behålla sin balans. Ju bättre det är, desto bättre kommer det att frigöra individen som stimuleras så att den personen inte behöver ta ständiga beslut, säger V. Reggie Edgerton , en fysiolog vid UCLA som har testat epiduralstimulering på patienter (se Förlamad man står med hjälp av spinalstimulering).
För att få fram sina resultat skar de schweiziska forskarna av ryggmärgen på ett halvdussin råttor och implanterade sedan flexibla elektroder i den nedre delen av deras ryggmärg. Djuren fick också en typ av läkemedel som kallas en serotoninagonist, som Courtine säger gör att ryggmärgen kan kommunicera med benen, en förmåga som är utarmad efter en skada. Med sin vikt uppburen av en sele placerades råttorna på ett löpband eller på en bana med hinder.
Det här är det första kontrollsystemet med sluten slinga som verkligen kan justera benrörelserna i realtid, trots förlamning, säger Courtine. Var och en av råttorna gick minst tusen steg i följd och navigerade framgångsrikt i trappor av gnagarstorlek.
Hans team hoppas kunna testa sina idéer i en mänsklig volontär nästa år. Tanken är att använda detta i rehabiliteringsrummet, säger Courtine och hänvisar till bevis för att träning av ryggmärgen och benen delvis kan återställa avbrutna kopplingar till hjärnan.
Epidural stimuleringsteknik är fortfarande långt ifrån att tillåta förlamade människor att gå på egen hand. Hunter Peckham , en bioingenjör vid Case Western Reserve University, säger att patienter vill kontrollera sina egna rörelser, vilket innebär att framtida versioner av dessa system måste hitta en balans mellan automatiserade rutiner och rörelser som valts av användaren.
Courtine säger att hans grupp arbetar på att utveckla ett gränssnitt mellan hjärna och maskin, såsom elektroder som implanteras i hjärnans motoriska cortex för att registrera avsedda rörelser, som så småningom kan göra det möjligt för patienter att kontrollera en ryggradsstimulator och rörelsen av deras ben med hjälp av deras egna tankar.