Experimentele chirurgie heeft tot doel een verlamd ledemaat te doen herleven

Artsen zullen proberen de verlamde arm van een patiënt te reanimeren met een baanbrekende operatie waarbij signalen van zijn hersenen worden opgevangen en beweging wordt hersteld via een fijn netwerk van elektronica die is gekoppeld aan de armspieren.

Virtuele arm : In een belangrijke recente stap in de richting van het reanimeren van een echte arm, bestuurde een patiënt met een geïmplanteerde hersenchip een computermodel van een arm door na te denken over de beweging ervan.

De nieuwe inspanning, gepland door onderzoekers van Case Western Reserve University, zal gebruik maken van een hersencomputerinterface, of BCI, ontwikkeld door onderzoekers van de Brown University en het Massachusetts General Hospital. In eerder werk hebben patiënten deze interface gebruikt om een ​​computercursor of een robotarm te besturen (zie Brain Chip helpt quadriplegici robotarmen te bewegen met hun gedachten en patiënt toont nieuwe behendigheid met een hersengestuurde robotarm).

De nieuwe inspanning zal dezelfde technologie gebruiken om de daadwerkelijke arm van de patiënt te besturen met een systeem dat functionele elektrische stimulatie (FES) wordt genoemd. Dit stuurt signalen naar maar liefst 18 arm- en handspieren om de proefpersoon, die vanaf de nek verlamd is, in staat te stellen taken uit te voeren zoals eten en neuskrabben.

Dit zal de eerste keer zijn dat iemand een BCI heeft aangesloten op een FES-apparaat, zegt Daniel Moran , een neurowetenschapper aan de Washington University in St. Louis die niet betrokken is bij het onderzoek. Ze zetten het hele systeem in elkaar. Volgens Case Western-onderzoekers kan de operatie dit of volgend jaar plaatsvinden.

De technologie voor spieractivatie is al lang getest bij verlamde patiënten. Verschillende patiënten kunnen dingen doen, zoals op een knop drukken om spieren in hun anders verlamde benen te activeren, zodat ze kunnen staan ​​en zelfs bewegen met een rollator, geholpen door benen die kunnen verstijven en naar voren kunnen zwaaien. Als de patiënt zijn handen niet kan gebruiken, kan activering van verlamde spieren worden geactiveerd door bewegingen die een patiënt kan beheersen in zijn arm, wang of nek. De nieuwe inspanning zal de hersenen zelf gebruiken om deze signalen te verzenden.

Het hart van het nieuwe apparaat is het hersenimplantaat - een kleine sonde van vier millimeter aan elke kant met 96 haarachtige elektroden die 1,5 millimeter doordringen in een deel van de motorische cortex dat de armbewegingen regelt. Het implantaat registreert de impulsen van tientallen neuronen die overeenkomen met de intentie van een patiënt om te bewegen.

Ter voorbereiding op het opnieuw verbinden van echte armspieren hebben onderzoekers onlangs aangetoond dat de hersenchip een virtuele weergave van die armspieren kan aansturen. De lopende klinische proef staat bekend als: BrainGate2 .

Terwijl de signalen van de hersenen overeenkomen met een richting om iets te bewegen, vertaalt het algoritme die triggers in zorgvuldig gecoördineerde samentrekkingen in maar liefst 18 spieren, op basis van het model van die spierbewegingen en de mate van armvrijheid.

De patiënt denkt 'naar boven en naar rechts' en we hebben een controller die daadwerkelijk de juiste spieractivaties berekent om in die richting te gaan, zegt Robert Kirsch, hoofdonderzoeker van het project, voorzitter van biomedische technologie bij Case Western, en uitvoerend directeur van het Department of Veterans Affairs Functioneel elektrisch stimulatiecentrum .

De huidige versie van dat model omvat 29 spieren, verdeeld in 138 spierelementen en 11 gewrichten. Op een scherm ziet de patiënt een afbeelding van de virtuele arm en werkt hij om hersencommando's te genereren die uiteindelijk de virtuele arm bewegen om een ​​rode vlek aan te raken, waardoor deze groen wordt.

Leigh Hochberg, een neuroloog in het Massachusetts General Hospital, universitair hoofddocent engineering bij Brown, en een van de leiders van de onderliggende onderzoekssamenwerking, zegt dat het experiment met de virtuele arm, voor het eerst uitgevoerd in 2011, een cruciale mijlpaal was. Dat, samen met recente vorderingen in experimenten met apen, moedigt aan dat het doel binnen bereik ligt om hersenchips te verbinden met spierstimulatie, zegt hij.

Zelfs als het zou lukken, zou de gereanimeerde arm zelf nog steeds niet in staat zijn om een ​​tastgevoel terug te brengen naar de drager. In een afzonderlijke reeks experimenten testen onderzoekers van Case Western een systeem dat tastzin biedt dankzij sensoren op een prothetische hand die is verbonden met perifere zenuwen in de arm van de patiënt (zie Een kunstmatige hand met echte gevoelens). In theorie zou dergelijke sensorische feedback ook rechtstreeks aan de hersenen kunnen worden geleverd.

Ook neurowetenschappers werken aan betere hersenimplantaten. De huidige interfaces die in het project worden gebruikt, verzamelen in wezen iemands intentie om iets in een bepaalde richting te bewegen. Versies van de volgende generatie zouden in feite meer natuurlijke spierbewegingsopdrachten van de hersenen zelf verzamelen - een meer uitdagende taak, maar een die meer realistische controle belooft. Een andere vooruitgang die in ontwikkeling is, is een draadloze interface tussen de schedelconnector en het systeem dat de signalen van de hersenen leest en interpreteert (zie A Wireless Brain Computer Interface).

zich verstoppen