211service.com
Arm van verlamde man bedraad om hersensignalen te ontvangen
Wetenschappers van de Case Western Reserve University in Ohio zeggen dat ze elektronica hebben gebruikt om het ruggenmergletsel van een verlamde man te omzeilen, waardoor hij een implantaat in zijn hersenen kon gebruiken om zijn arm en hand te bewegen.
Een verlamde vrijwilliger in Ohio bestuurt een virtuele simulatie van zijn arm met behulp van twee hersenimplantaten.
Volgens Robert Kirsch, biomedisch ingenieur bij Case Western, is de test de eerste keer dat in de hersenen verzamelde signalen rechtstreeks zijn overgebracht naar elektroden die in iemands arm zijn geplaatst om de beweging te herstellen. Hij leidt ook het Cleveland FES Center, dat technologieën ontwikkelt voor mensen met verlamming.
Het project, dat vandaag is beschreven op de bijeenkomst van de Society for Neuroscience in Chicago, is een stap in de richting van een draadloos systeem dat hersensignalen door de lucht kan verzenden naar elektronica die in de ledematen van verlamde mensen is genaaid, waardoor het vermogen wordt hersteld om eenvoudige dagelijkse handelingen uit te voeren. taken.
Mensen die bekend zijn met de resultaten van het onderzoek zeiden dat de bewegingen van de vrijwilliger nog steeds ruw zijn en niet goed gecoördineerd. Het is geen vloeiende natuurlijke beweging alsof je een kopje koffie pakt om het te drinken, zegt John Donoghue, een van de leiders van BrainGate , een consortium dat brain-computer-interfaces ontwikkelt en het Case Western-team omvat. Maar het feit dat ze een persoon hebben gekregen om hun eigen lichaam te besturen, om spieren op een specifieke manier te stimuleren om ze te laten bewegen, en dat doen ze vanuit een klein stukje hersenen, is ongelooflijk.
De Utah Electrode Array heeft 96 siliconen naalden die de elektrische impulsen van neuronen in de hersenen registreren.
Vrijwilligers in hersenimplantaatstudies hebben eerder computercursors en gecontroleerde robotarmen verplaatst. Vorig jaar kreeg een andere man uit Ohio met gedeeltelijke verlamming van de arm een hersenimplantaat en kon hij: mentaal zijn hand openen en sluiten met behulp van stroken externe elektroden die rond zijn onderarm waren geplaatst. Die inspanning, Neurobridge genaamd, wordt geleid door de Ohio State University en het Battelle Memorial Institute.
Het Case Western-project gaat een stap verder omdat de nieuwe vrijwilliger een dwarslaesie heeft waardoor hij zijn armen helemaal niet kan bewegen. Mary Buckett, een woordvoerster van het FES Center, zei dat de identiteit van de deelnemer nog niet publiekelijk werd vrijgegeven.
Bolu Ajiboye, de Case Western-onderzoeker die vandaag de gegevens van het team in Chicago presenteerde, zegt dat chirurgen negen maanden geleden twee bosjes siliciumelektroden, Utah-arrays genaamd, in de motorische cortex van de vrijwilliger implanteerden. Dat is het deel van de hersenen waar bewegingen worden gepland. Draden van elke array komen uit de schedel via metalen poorten en worden verbonden met computers die de signalen interpreteren.
Om de brug van de dwarslaesie van de man te voltooien, brachten artsen vervolgens meer dan 16 fijne draden in de rechterarm en hand van de vrijwilliger. Elektrische impulsen die naar die elektroden worden gestuurd, zorgen ervoor dat verschillende spieren samentrekken, waardoor beweging in de schouder, elleboog en pols ontstaat, een benadering die bekend staat als functionele elektrische stimulatie of FES.
Volgens Kirsch kan de vrijwilliger met zijn hersensignalen een computersimulatie van zijn bekabelde arm heel nauwkeurig aansturen. Het verplaatsen van de echte arm onder controle van de hersenen is een grotere uitdaging gebleken. De virtuele opstelling is perfect, het doet wat hij zegt, maar het FES-systeem moet zijn chronisch verlamde arm gebruiken, zegt Kirsch. Hij zei dat de man al zo lang verlamd is dat zijn spieren zwak en geatrofieerd zijn.
Een FES-elektrode wordt gebruikt om spieren te stimuleren en beweging te creëren in de ledematen van verlamde mensen.
Pogingen om hersen-computerinterfaces te combineren met FES-systemen begonnen 20 jaar geleden. In een experiment uit 1998, ook bij Case Western, gebruikte een vrijwilliger genaamd Jim Jatich signalen verzameld van een EEG-kap die hij over zijn hoofd droeg om een vroeg FES-apparaat te activeren dat bekend staat als Freehand, dat zijn hand opende en sloot met behulp van stimulatoren (zie Mind over Muscles en weer verlamd). Dat apparaat had alleen een eenvoudig aan/uit-signaal nodig, dat Jatich kon genereren door zijn EEG-golf te moduleren.
Implantaten die in contact worden gebracht met de motorische cortex van de hersenen, kunnen echter veel gedetailleerdere informatie verzamelen, inclusief schattingen van welke ledemaatbewegingen een persoon denkt. Bij experimenten met robotarmen zijn sommige vrijwilligers erin geslaagd objecten te verplaatsen en te stapelen (zie Het gedachte-experiment). Wetenschappers proberen nu vergelijkbare of betere controle te krijgen over iemands eigen ledematen.
De visie is dat een persoon door de kamer zou lopen en normale dingen zou doen, zegt Donoghue. Maar dat is een visie met veel stappen voordat het gebeurt.
Voor verlamde personen kan een praktische oplossing niet snel genoeg komen. Ian Burkhart, de deelnemer aan het Ohio State-onderzoek, zegt dat hij nog steeds drie dagen per week met onderzoekers werkt en oefent met het oppakken van kleinere objecten. Als ik het systeem dat ik nu gebruik mee naar huis zou kunnen nemen, zou ik het in een oogwenk doen, zegt de 24-jarige, die gewond raakte bij een zwemongeval. Er zijn beperkingen aan, maar ze worden gemakkelijk gecompenseerd door het voordeel dat je iets kunt pakken en verplaatsen.