211service.com
Een hersenchip om verlamde ledematen onder controle te houden
Wetenschappers bouwen nu een apparaat dat hersensignalen registreert en doorstuurt naar verlamde spieren, waardoor de spiercontrole mogelijk wordt teruggegeven aan ernstig verlamde patiënten. In het prothetische systeem, dat nog in de kinderschoenen staat, registreert een hersenchip neurale signalen van het deel van de hersenen dat de beweging aanstuurt. De chip verwerkt die signalen vervolgens en stuurt nauwkeurige berichten naar draden die in verschillende spieren van de arm of hand van de patiënt zijn geïmplanteerd, waardoor het verlamde ledemaat een glas grijpt of aan de neus krabt. Ons uiteindelijke doel is dat een persoon nadenkt en de arm moeiteloos beweegt , zegt Robert Kirsch , adjunct-directeur van de Functioneel elektrisch stimulatiecentrum , in het Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center, in Cleveland, OH.
Een geïmplanteerd apparaat dat specifieke spieren activeert, helpt verlamde patiënten hun ledematen te bewegen. Een centrale stimulator is verbonden met draden die in de spier worden geïmplanteerd.
Bij ruggenmergletsels en bij sommige soorten beroertes en neurodegeneratieve ziekten zijn de neurale circuits tussen de hersenen en het lichaam beschadigd, waardoor patiënten ernstige bewegingsproblemen krijgen. Wetenschappers hebben al opmerkelijke vooruitgang geboekt bij het overwinnen van deze neurale blokkade door nieuwe manieren te ontwikkelen om spieren te stimuleren. Bij functionele elektrische stimulatie (FES) wordt elektrische stroom toegepast op specifieke zenuwen of spieren om spiersamentrekkingen te veroorzaken. Wanneer de drager een vooraf bepaalde beweging maakt met zijn of haar hoofd of schouders, activeert hij of zij stimulatie van bepaalde spieren, waardoor het ledemaat op een specifieke manier kan bewegen. Apparaten die de handfunctie en blaascontrole bij sommige verlamde patiënten kunnen herstellen, zijn al goedgekeurd door de FDA.
Multimedia
DIASHOW: Zie het systeem
In een systeem dat Kirsch en zijn collega's aan het testen zijn voor mensen met ruggenmergletsel dat ernstig genoeg is om hen vanaf de nek verlamd te maken, wordt een pacemakerachtige stimulator chirurgisch geïmplanteerd in de borst of buik van de patiënt, met verbindingsdraden geïmplanteerd in maximaal 12 verschillende spieren. Een andere reeks draden registreert activiteit in spieren die onder de vrijwillige controle van de patiënt staan. Deze signalen worden vervolgens gebruikt om activiteit in de verlamde spieren te activeren.
Maar voor sommige patiënten, met name ernstig verlamde personen met controle over een paar spieren, zou het gebruik van signalen die rechtstreeks vanuit de hersenen zijn opgenomen om de verlamde ledematen te controleren, een gemakkelijkere en intuïtievere manier van bewegen kunnen zijn. Dus de Cleveland-onderzoekers werken met John Donoghue , een neurowetenschapper aan de Brown University, die implanteerbare hersenchips heeft ontwikkeld die elektrische activiteit rechtstreeks van neuronen registreren en verwerken. Het apparaat, gemaakt door Cyberkinetiek Neurotechnologie Systemen , in Foxborough, MA, bestaat uit een kleine chip met 100 elektroden die signalen opnemen van honderden neuronen in de motorische cortex, het deel van de hersenen dat beweging moduleert. Een computeralgoritme vertaalt dit complexe activiteitspatroon vervolgens in een signaal dat wordt gebruikt om een computer of een prothetisch ledemaat aan te sturen. Tot nu toe is de chip getest bij drie patiënten - de eerste mensen die ooit dit type implantaat hebben gekregen. (Zie Implanting Hope, maart 2005; Brain Chips geven verlamde patiënten nieuwe krachten; en een rolstoel besturen met de kracht van de geest.)
Experts hebben hoge verwachtingen van het nieuwe apparaat. We beschouwen dit als de enige huidige levensvatbare technologie aan de horizon om patiënten te voorzien van een hoog niveau van herstel van cervicale letsels en controle over hun ledematen, zegt Joseph Pancrazio , directeur van het onderzoeksprogramma neurale engineering en neuroprothese bij de National Institutes of Neurological Disorders and Stroke, een van de instanties die het onderzoek financieren.
Het project is waarschijnlijk complex. Donoghue en collega's moeten hun hersenchip eerst draadloos en volledig implanteerbaar maken. (Momenteel steken patiënten wat hardware uit hun schedel en zijn ze via draden met een computer verbonden.) Een implanteerbaar systeem zou het risico op infectie minimaliseren en het zou patiënten ook kunnen helpen het systeem te leren gebruiken. Eberhard Fetz , een neurowetenschapper aan de Universiteit van Washington, in Seattle, die soortgelijke systemen bij apen ontwikkelt, zegt dat een implanteerbaar apparaat patiënten in staat zou stellen het systeem 24 uur per dag te gebruiken, wat hen zou helpen neurale signalen te moduleren voor nauwkeurige controle.
In de eerste reeks tests, die volgende maand van start gaat, zullen patiënten bij wie de Cyberkinetics-chip is geïmplanteerd, proberen een virtuele arm te bewegen, zodat onderzoekers kunnen bestuderen welk niveau van controle ze zouden kunnen bereiken en de spieren kunnen identificeren die moeten worden gestimuleerd nuttige bewegingen uit te lokken. Zodra onderzoekers een implanteerbare chip hebben gebouwd en hebben aangetoond dat patiënten een virtuele arm voldoende kunnen besturen, gaat het team de chip en het FES-systeem integreren.
Op de lange termijn zullen onderzoekers waarschijnlijk meerdere apparaten moeten samenvoegen. Om het potentieel van deze systemen volledig te benutten, moeten we nadenken over niet alleen een enkel FES-systeem voor de bovenste ledematen, zegt Pancrazio. We moeten nadenken over een netwerk van systemen. Het individu heeft mogelijk systemen nodig voor ventilatie, blaascontrole en darmcontrole.