211service.com
Verlamde ratten zetten 1000 stappen, georkestreerd door computer
Het is een vreemd gezicht: een verlamde rat die op zijn achterpoten loopt in een precieze cadans, allemaal bestuurd door een computer.
Een verlamde rat zet stappen. Het wordt bestuurd door een computer die aan het ruggenmerg is bevestigd.
Het is een beetje Frankenstein, zegt Gregoire Courtine , een neurowetenschapper aan de École Polytechnique Fédérale in Lausanne, Zwitserland, die in een gisteren gepubliceerde paper Wetenschap Translationele geneeskunde beschrijft zijn inspanningen om elektronica te gebruiken om vloeiende, realistische bewegingen van verlamde dieren te herstellen.
De studie maakt deel uit van een bredere inspanning om verlamde mensen weer te laten lopen door hun ruggenmerg te zappen met elektrische pulsen. Deze signalen kunnen commando's vervangen die normaal gesproken door de hersenen worden uitgezonden, maar die worden onderbroken wanneer het ruggenmerg gewond raakt.
Dit voorjaar zeiden artsen en onderzoekers van de Universiteit van Louisville en de Universiteit van Californië, Los Angeles: vier mannen die jarenlang verlamd waren geweest, konden weer beweging krijgen in hun benen, heupen, enkels en tenen, en zelfs staan met behulp van een geïmplanteerd apparaat dat hun ruggenmerg stimuleerde, een techniek die epidurale stimulatie wordt genoemd.
Hoewel de bereikte bewegingen bescheiden waren - en de mannen niet alleen lieten lopen - liet de technologie hen hun benen oefenen, wat enige beweging leek te herstellen.
Een limiet aan epidurale stimulatie tot nu toe is dat de elektrische pulsen geen complexe, gecoördineerde beweging produceren. Ook bij menselijke tests worden de stimulatoren handmatig aangestuurd. Dat is waar het systeem dat Courtine ontwikkelde een rol zou kunnen spelen. Door de ratten te filmen terwijl ze liepen, voerde het Zwitserse team de beelden naar software die het stimulatiepatroon snel aanpaste om gesynchroniseerde stapbewegingen te produceren.
Zo'n systeem kan iemand helpen ritmisch te lopen en zijn evenwicht te bewaren. Hoe beter het is, hoe beter het de persoon die wordt gestimuleerd, vrij zal maken, zodat die persoon niet constant beslissingen hoeft te nemen, zegt V. Reggie Edgerton , een fysioloog aan de UCLA die epidurale stimulatie heeft getest bij patiënten (zie Verlamde man staat met behulp van spinale stimulatie).
Om hun resultaten te produceren, sneden de Zwitserse wetenschappers de ruggengraat van een half dozijn ratten door en implanteerden vervolgens flexibele elektroden in het onderste deel van hun ruggenmerg. De dieren kregen ook een soort medicijn dat bekend staat als een serotonine-agonist, waarvan Courtine zegt dat het het ruggenmerg klaarmaakt om met de benen te communiceren, een vermogen dat na een blessure is uitgeput. Met hun gewicht ondersteund door een harnas werden de ratten op een loopband of op een landingsbaan met obstakels geplaatst.
Dit is het eerste regelsysteem met gesloten lus dat de beenbewegingen in realtime kan aanpassen, ondanks verlamming, zegt Courtine. Elk van de ratten liep minstens duizend opeenvolgende stappen en navigeerde met succes trappen ter grootte van een knaagdier.
Zijn team hoopt volgend jaar zijn ideeën te testen in een menselijke vrijwilliger. Het idee is om dit in de revalidatiekamer te gebruiken, zegt Courtine, daarbij verwijzend naar bewijs dat het trainen van het ruggenmerg en de benen de verbroken verbindingen met de hersenen gedeeltelijk kan herstellen.
Epidurale stimulatietechnologie is echter nog lang niet in staat om verlamde mensen zelfstandig te laten lopen. Hunter Peckham , een bio-ingenieur aan de Case Western Reserve University, zegt dat patiënten hun eigen bewegingen willen controleren, wat betekent dat toekomstige versies van deze systemen een balans moeten vinden tussen geautomatiseerde routines en bewegingen die door de gebruiker worden gekozen.
Courtine zegt dat zijn groep werkt aan de ontwikkeling van een brein-machine-interface, zoals elektroden die in de motorische cortex van de hersenen zijn geïmplanteerd om beoogde bewegingen vast te leggen, waardoor patiënten uiteindelijk een spinale stimulator en de beweging van hun benen kunnen besturen met behulp van hun eigen gedachten.