211service.com
Ontwaken verlamde ledematen
Een aap met een verlamde arm kan nog steeds een bal vastpakken, dankzij een nieuw systeem dat is ontworpen om hersensignalen in realtime om te zetten in complexe spierbewegingen. Het onderzoek, gepresenteerd op de Society for Neuroscience conferentie in Chicago deze week, zou op een dag mensen met een dwarslaesie de controle over hun eigen ledematen kunnen geven.
Aap denkt, aap doet: Door elektrische signalen van de hersenen van een aap om te zetten in spiersamentrekkingen via geïmplanteerde elektroden, kon een dier met een verlamde arm een bal vastpakken.
Dit is een grote sprong voorwaarts - ze laten zien dat de aap de mogelijkheid gebruikt om zijn hand kunstmatig samen te trekken om daadwerkelijk een bal op te pakken, zegt Krishna Shenoy , een neurowetenschapper aan de Stanford University. Ik denk dat het de eerste demonstratie is van een corticaal gestuurd elektrisch stimulatiesysteem dat een taak uitvoert die uiteindelijk nuttig zou zijn voor een menselijke patiënt.
Terwijl een dwarslaesie ervoor zorgt dat de elektrische signalen van de hersenen de spieren niet bereiken, hebben mensen die verlamd zijn door deze verwondingen vaak intacte zenuwen en spieren in hun ledematen. Een techniek die functionele elektrische stimulatie (FES) wordt genoemd, waarbij geïmplanteerde elektroden elektrische stroom leveren om spiersamentrekkingen te veroorzaken, biedt een manier om deze lus opnieuw te verbinden.
Apparaten die de handfunctie en blaascontrole bij sommige verlamde patiënten kunnen herstellen, zijn al goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration. Patiënten gebruiken resterende spierbewegingen om deze systemen bewust te controleren - een systeem dat voor sommige toepassingen goed werkt, maar de complexiteit van de uit te voeren beweging beperkt. Met een FES-apparaat kunnen mensen bijvoorbeeld een schouder ophalen om een grijpbeweging met hun hand teweeg te brengen, maar ze kunnen niet bepalen hoe stevig ze moeten vasthouden.
Door FES-technologie te combineren met hersenimplantaten, proberen wetenschappers nu een intuïtiever systeem te creëren voor het beheersen van verlamde ledematen, zodat het denken aan het bewegen van een arm of grijpen met een hand automatisch zou worden vertaald in het patroon van elektrische activiteit dat nodig is om dat uit te voeren. beweging. Het is veel natuurlijker, en als je activiteit in voldoende spieren kunt decoderen, zou je meerdere gewrichten tegelijk kunnen bewegen, zegt Robert Kirsch , een neurowetenschapper aan de Case Western Reserve University, in Cleveland, OH. Normale hand- en armbewegingen omvatten vloeiende bewegingen van meerdere gewrichten, in plaats van de beperkte bewegingen die tegenwoordig mogelijk zijn.
Christian Ethier, een onderzoeker in neurowetenschapper Lee Miller's lab van de Northwestern University, in Chicago, heeft de eerste stappen in de richting van dit soort systeem bij apen aangetoond. Onderzoekers gaven elke aap een plaatselijke verdoving om tijdelijk de functie van de buigzenuwen in zijn arm te blokkeren. De dieren hadden draden in hun armen geïmplanteerd om elektrische prikkels aan de spieren te geven, net zoals zenuwen zouden doen, en een reeks elektroden geïmplanteerd in de hersenen om elektrische activiteit van de motorische cortex te registreren.
De apen werden eerst getraind om een bal op te pakken en in een gat te steken om een beloning te verdienen. Met behulp van hersenactiviteit die tijdens deze taak werd geregistreerd, ontwikkelden de wetenschappers gespecialiseerde decoderalgoritmen die hersenactiviteit die verband houdt met de beweging van verschillende spieren in realtime zouden vertalen in een elektrische stimulus voor elk van de vijf buigspieren in de arm, waardoor de aap zijn hand kan pakken . We kunnen voorspellen wat de aap met zijn spieren probeert te doen en de spieren dienovereenkomstig stimuleren, waardoor de aap in wezen vrijwillige controle krijgt via de computer in plaats van via zijn zenuwen, zegt Miller.
Normaal gesproken hadden de dieren met de verlamde arm moeite om de taak te voltooien, waarbij ze de bal slechts ongeveer 10 procent van de tijd in het doelwit kregen, vergeleken met 100 procent vóór de zenuwblokkade. Door het door de hersenen gecontroleerde FES-systeem in te schakelen, steeg het slagingspercentage van de verlamde dieren tot 77 procent. De onderzoekers toonden ook aan dat ze de aap zijn pols in verschillende richtingen konden laten bewegen - ze willen nu zien of ze de resultaten kunnen herhalen met de spieren die het reiken regelen.
Menselijke tests zijn misschien niet ver weg. Corticale implantaten worden al getest bij menselijke patiënten. Kirsch van Case Western presenteerde op de conferentie onderzoek waaruit bleek dat een verlamde patiënt met een corticaal implantaat een geavanceerd computermodel van een arm kon besturen. Kirsch en Miller hebben nog geen specifieke tijdlijn om de twee systemen - het corticale implantaat en het FES-implantaat - bij mensen samen te brengen, maar Miller zegt dat het technisch haalbaar zou zijn in een jaar. Ze willen echter wachten tot wetenschappers een draadloze en volledig implanteerbare versie van het corticale implantaat hebben ontwikkeld, dat nu in ontwikkeling is aan de Brown University. Huidige implantaten hebben uitstekende draden die het risico op infectie vergroten en de mobiliteit van patiënten beperken.
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat patiënten met deze implantaten een computercursor kunnen besturen en enkele bewegingen kunnen maken met een robotarm. Hoewel dat onderzoek opwindend is voor mensen van wie ledematen zijn geamputeerd, is het nieuwe onderzoek van toepassing op patiënten met dwarslaesie. Veel mensen zouden er sterk de voorkeur aan geven om hun arm op de een of andere manier te laten reanimeren, zegt Shenoy. Dit is een grote stap voorwaarts voor die patiëntenpopulatie.