Σπίτι Ο γιατρός σας Παράλυση και χειρουργική παράκαμψη εγκεφάλου

Παράλυση και χειρουργική παράκαμψη εγκεφάλου

Πίνακας περιεχομένων:

Anonim

Οι επιστημονικές ανακαλύψεις στην τεχνολογία διασύνδεσης εγκεφάλου-υπολογιστή μπορούν να προσφέρουν νέες ελπίδες για την υπέρβαση της παράλυσης.

Στην τελευταία πρόοδο, ένας άνδρας με τετραπληγία που είχε παραλύσει πριν από οκτώ χρόνια, επανέκτησε τη λειτουργική κίνηση του χεριού του.

ΔιαφήμισηΔιαφήμιση

Ο ίδιος τράφηξε με το χέρι του χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, μια πρώτη στο ιατρικό ιστορικό.

Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve στο Οχάιο ανακοίνωσαν τα ευρήματά τους στις 28 Μαρτίου στο βρετανικό ιατρικό περιοδικό The Lancet.

Διαφήμιση

Η "νευρωνική δαντέλα" του Musk, σύμφωνα με μια αναφορά στην Wall Street Journal, θα συνδέσει τον εγκέφαλο ενός ατόμου απευθείας με έναν υπολογιστή.

Εν τω μεταξύ, οι επιστήμονες του Κρατικού Πανεπιστημίου του Οχάιο (OSU) συνεργάζονται με έναν ασθενή με παράλυση και έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία παρόμοια με αυτή της Case Western.

Η υπόθεση Οι Δυτικοί επιστήμονες συνεργάζονται με τον Bill Kochevar, έναν 53χρονο με τετραπληγία που τραυματίστηκε σε τροχαίο ατύχημα.

Διαβάστε περισσότερα: Οι εξωσκελετοί βοηθούν τους ανθρώπους με παράλυση να περπατούν πάλι »

Ο Robert Kirsch, PhD, πρόεδρος της Δυτικής Διεύθυνσης Βιοϊατρικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου, εκτελεστικός διευθυντής του Κέντρου Λειτουργικής Ηλεκτροδιέγερσης (FES) του πανεπιστημίου, είναι ο ανώτερος συγγραφέας της έρευνας.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Κάλεσε την επανάσταση ένα σημαντικό βήμα.

"Έχουμε δείξει τη σκοπιμότητα της καταγραφής των κινήσεων κάποιου κινήματος και στη συνέχεια κάνοντας το δικό τους χέρι να κάνει αυτές τις κινήσεις", είπε.

Το μόνο που σκέφτεται είναι να μετακινεί το χέρι του και το χέρι κινείται όπως προτίθεται. Bolu Ajiboye, Πανεπιστήμιο Case Western Reserve

Ο συνάδελφός του Kirsch Bolu Ajiboye, βοηθός καθηγητή βιοϊατρικής μηχανικής στην Case Western και ερευνητικός συνεργάτης στο ιατρικό κέντρο της Louis Stokes Cleveland Veterans Administration, εξηγεί πώς λειτουργεί η τεχνολογία.

Διαφήμιση

«Η φυσιολογική μετακίνηση σε πρόσωπα χωρίς επιθετικότητα εμφανίζεται επειδή ο κινητικός φλοιός παράγει μια εντολή κίνησης, που αντιπροσωπεύεται ως ηλεκτρικά σήματα, που περνά μέσα από το νωτιαίο μυελό και στη συνέχεια ενεργοποιεί τους κατάλληλους μύες», δήλωσε ο Ajiboye στην Healthline.

Ο τραυματισμός του νωτιαίου μυελού εμποδίζει τους ηλεκτρικούς παλμούς να φτάσουν στους μυς, εξήγησε, αλλά η αρχική εντολή κίνησης εξακολουθεί να κωδικοποιείται σωστά στα μοτίβα της ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

"Το σύστημά μας καταγράφει το πρότυπο της ηλεκτρικής δραστηριότητας μέσω του εμφυτεύματος εγκεφάλου και χρησιμοποιεί μαθηματικούς αλγόριθμους για να το αποκωδικοποιήσει σε εντολή κίνησης που προορίζεται από το άτομο με παράλυση. Αυτή η εντολή μετατρέπεται σε ένα μοτίβο ηλεκτρικής διέγερσης που εφαρμόζεται στη σωστή ομάδα των μυών για την παραγωγή της κίνησης. Στον κ. Kochevar, η διαδικασία είναι απρόσκοπτη και αόρατη. Σύμφωνα με τα λόγια του, λέει ότι σκέφτεται να μετακινεί το χέρι του και το χέρι κινείται όπως προτίθεται. "

Η Ajiboye επεσήμανε επίσης τι αυτή η νέα τεχνολογία δεν είναι.

Η επιστήμη έχει προσπαθήσει πολλές φορές να "διορθώσει" μια κατεστραμμένη σπονδυλική στήλη μέσω της μηχανικής ιστών και την αναγέννηση χωρίς επιτυχία, είπε.

Διαφήμιση

«Θα θέλαμε για τους επιστήμονες να βρουν έναν τρόπο να αναζωογονήσουν και να επανασυνδέσουν το νωτιαίο μυελό χρησιμοποιώντας κυτταρικές θεραπείες», δήλωσε ο Ajiboye. "Ωστόσο, η τρέχουσα προσέγγιση μας χρησιμοποιεί τεχνολογία για να παρακάμψει τον τραυματισμό της σπονδυλικής στήλης για να πάρει τα σήματα κίνησης από τον εγκέφαλο στο σωστό σύνολο μυών για να παράγει την κίνηση. "

Άλλες τεχνολογίες που βοηθούν τα άτομα με παράλυση να επανακτούν τη λειτουργία περιορίζονται συνήθως σε συσκευές που μπορούν να ελέγχουν χρησιμοποιώντας τις φωνές τους και τις κινήσεις των ματιών ή μετακινώντας τα κεφάλια τους.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Ωστόσο, καμία από αυτές τις συσκευές δεν επιτρέπει τον έλεγχο του ίδιου του μέλους.

"Η συσκευή μας επιτρέπει σε έναν χρήστη να μετακινεί το δικό του άκρο μόνο με το να σκέφτεται" εξήγησε ο Ajiboye. «Θέλω να καταστήσω σαφές ότι το σύστημά μας καταστρατηγεί τον τραυματισμό της σπονδυλικής στήλης, αντί να αναστρέφει την παράλυση. Χωρίς το σύστημα, ο χρήστης θα εξακολουθούσε να παραλύει και δεν υπάρχουν στοιχεία που να υποδεικνύουν ότι η χρήση αυτού του συστήματος τελικά θα είχε ως αποτέλεσμα την επανεμφάνιση της σπονδυλικής στήλης ή θα επανέφερε τη δυνατότητα να κινηθεί χωρίς το σύστημα. "

Διαβάστε περισσότερα: Το εμφύτευμα βοηθά τα άτομα με παράλυση να ξαναρχίσουν τη χρήση των άκρων»

Πώς λειτουργεί η τεχνολογία

Γιατί είναι η τεχνολογία Case Western μοναδική;

Το σύστημα είναι το πρώτο που χρησιμοποιεί τόσο μια διεπαφή υπολογιστή εγκεφάλου-μοσχεύματος με ένα σύστημα FES για την ηλεκτρική ενεργοποίηση παραλυμένων μυών.

Πριν από αυτό, οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν έναν αριθμό ατόμων με παράλυση, αλλά με μία μόνο προσέγγιση ή την άλλη.

Η Kochevar είναι το πρώτο άτομο που βιώνει αυτή τη συνδυασμένη τεχνολογία.

Ο Ajiboye είπε ότι πολλές ερευνητικές ομάδες χρησιμοποίησαν το σύστημα διεπαφής του εγκεφάλου με τους ανθρώπους και με τα μη ανθρώπινα πρωτεύοντα. Και οι δύο ομάδες δοκιμής ήταν σε θέση να εκτελέσουν εργασίες όπως η μετακίνηση δρομέων σε οθόνη υπολογιστή ή η μετακίνηση ρομποτικών όπλων.

Το κέντρο μας για τα τελευταία 25 έως 30 χρόνια έχει εμφυτεύσει συστήματα FES σε άτομα με τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού για να αποκαταστήσει μια σειρά από λειτουργίες, όπως η στάση, το περπάτημα, η αναπνοή και οι κινήσεις των χεριών και των βραχιόνων ».

Ο Kochevar εντάχθηκε στο ερευνητικό πρόγραμμα Case Western το 2014. Έλαβε τα εμφυτεύματα του εγκεφάλου του τον Δεκέμβριο του ίδιου έτους.Το 2015, οι Kirsch, Ajiboye και οι συνεργάτες τους εμφύτευσαν ηλεκτρόδια στους μυς του χεριού και του χεριού του.

Ο Kochevar έμαθε να ενεργοποιεί τα σήματα του εγκεφάλου του για τον έλεγχο διαφορετικών συσκευών.

"Αρχικά τον είχαμε παρακολουθήσει μια εικονική κίνηση του χεριού σε οθόνη υπολογιστή, ενώ ταυτόχρονα φαντάστηκε να κάνει τις ίδιες κινήσεις με το δικό του χέρι", δήλωσε ο Ajiboye. "Αυτό δημιούργησε μοτίβα νευρικής δραστηριότητας. Στη συνέχεια αναπτύξαμε έναν νευρικό αποκωδικοποιητή, έναν μαθηματικό αλγόριθμο που συσχετίζει τα παραγόμενα πρότυπα νευρικής δραστηριότητας με πτυχές των εικονικών κινήσεων βραχίονα. "

Έπειτα, είχαν τον Kochevar να ελέγξει τον εικονικό βραχίονα δημιουργώντας πρότυπα σημάτων εγκεφάλου τα οποία στη συνέχεια ερμηνεύτηκαν από τον νευρικό αποκωδικοποιητή, δήλωσε ο Ajiboye.

Η Kochevar εκπαιδεύτηκε για να μετακινήσει τον εικονικό βραχίονα με ακρίβεια σε συγκεκριμένους στόχους στον χώρο εργασίας. Οι επιστήμονες ποσοτικοποίησαν τον έλεγχο του εγκεφάλου του εικονικού βραχίονα και ανακάλυψαν ότι ήταν σε θέση να τον ελέγξει σχεδόν αμέσως, δήλωσε ο Ajiboye. Επιπλέον, ο Kochevar απέκτησε σχετικά γρήγορα ένα ποσοστό επιτυχίας από 95 έως 100 τοις εκατό της ακρίβειας στόχου.

Τέλος, οι επιστήμονες προσπάθησαν τον Kochevar να κινήσει το χέρι του μέσω της διέγερσης του FES σε μια διαδικασία δύο σταδίων.

"Χέσαμε το χέρι με το χέρι (μέσω ηλεκτρικής διέγερσης) και τον έδιναν να φανταστεί ότι είχε τον έλεγχο των κινήσεων των βραχιόνων του", δήλωσε ο Ajiboye. "Και πάλι, αυτό βοήθησε να δημιουργηθούν τα επιθυμητά πρότυπα νευρικής δραστηριότητας, τα οποία χρησιμοποιήσαμε για να κατασκευάσουμε και να τελειοποιήσουμε τον νευρικό μας αποκωδικοποιητή. Τον είχαμε χρησιμοποιήσει τον τελικό νευρικό αποκωδικοποιητή για να εντοπίσει τις κινήσεις του χεριού του, αναζωογονημένη μέσω ηλεκτρικής διέγερσης. Ήταν σε θέση να κινήσει αμέσως το χέρι του όπως είναι επιθυμητό, ​​και έχει σταδιακά πάρει καλύτερα με αυξημένη χρήση. "

Σε ένα βίντεο που κυκλοφόρησε η Case Western, ο Kochevar είπε:" Ήταν καταπληκτικό γιατί σκέφτηκα να μετακινήσω το χέρι μου και το έκανε. Θα μπορούσα να το μετακινήσω μέσα και έξω, πάνω-κάτω. "

Δεδομένου ότι η Kochevar είχε μακροχρόνια παράλυση, οι μύες του ήταν αρχικά αδύναμοι και εύκολα κουρασμένοι. Είπε ο Ajiboye.

Για να χτίσει τη μυϊκή του δύναμη και την αντίσταση στην κόπωση, η ομάδα "ασκούσε" τους μύες για αρκετές ώρες την ημέρα χρησιμοποιώντας ηλεκτρική διέγερση χωρίς το σύστημα διεπαφής εγκεφάλου.

Με την πάροδο του χρόνου, αυτή η ηλεκτρικά διεγερμένη άσκηση αύξησε τη μυϊκή του δύναμη και την ικανότητά του να χρησιμοποιεί το σύστημα περισσότερο χωρίς κόπωση.

Διαβάστε περισσότερα: Ο άνθρωπος ανακτά την ικανότητα του περπατήματος χρησιμοποιώντας τα δικά του εγκεφαλικά κύματα »

Διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή

Όπως και οι Δυτικές καινοτομίες, η καινοτομία του κράτους του Οχάιο βοήθησε έναν άνθρωπο με τετραπληγία να χρησιμοποιήσει το χέρι του μετά από χρόνια παράλυσης.

Η ερευνητική ομάδα ήταν επικεφαλής του Δρ. Ali Rezai, καθηγητή Νευροχειρουργικής και Νευροεπιστήμης και διευθυντής του Κέντρου Νευροδιαμόρφωσης στο Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου Wexner.

Ο ασθενής, Ian Burkhart, υπέστη σοβαρό τραυματισμό της σπονδυλικής στήλης σε ηλικία 19 ετών κατά τη διάρκεια ενός ατυχήματος κατάδυσης. Του άφησε λίγη λειτουργία και κίνηση στους ώμους και τους δικέφαλους μυς του, χωρίς κίνηση από τους αγκώνες στα χέρια του.

"Η ομάδα μας έχει αναπτύξει μια τεχνολογία διασύνδεσης εγκεφάλου-υπολογιστή που παρακάμπτει το κατεστραμμένο νωτιαίο μυελό, επιτρέποντας σε έναν ασθενή όπως ο Ian με τραυματισμό του νωτιαίου μυελού και τετραπληγία και καμία λειτουργία των χεριών του για πέντε χρόνια απλά να χρησιμοποιήσει τις σκέψεις του για να κινήσει άψυχο χέρι για να έρθει ζωντανός και υπό τον εθελοντικό του έλεγχο », δήλωσε ο Rezai στην Healthline.

Ο Nick Annetta, σωστός, της Battelle, παρακολουθεί πως ο Ian Burkhart, 24 ετών, παίζει κιθάρα με το παραλυμένο χέρι του. Πηγή: Κρατικό Πανεπιστήμιο του Οχάιο Wexner Medical Center / Battelle

Τον Απρίλιο του 2014, ο Rezai εμφύτευσε ένα μικροτσίπ με το μέγεθος του κεφαλιού μιας γόμας μολυβιού στην επιφάνεια του κινητικού φλοιού του εγκεφάλου του Burkhart. Τα 96 μικροηλεκτρόδια του τσιπ κατέγραψαν τη βολή των μεμονωμένων νευρώνων του.

Ο Rezai και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν το σύστημα νευρικής παράκαμψης, το οποίο καταγράφει και αναλύει την εγκεφαλική δραστηριότητα που συμβαίνει όταν ο Burkhart σκοπεύει να μετακινήσει το χέρι του.

Μετά την παράκαμψη του κατεστραμμένου νωτιαίου μυελού και την κατεστραμμένη σύνδεση από τον εγκέφαλο στα μυϊκά νεύρα, το σύστημα συνδέει τον εγκεφαλικό σήμα της Burkhart με εξωτερικό μανίκι ενδυμάτων, δήλωσε ο Rezai.

Αυτό επιτρέπει στον Burkhart να κινήσει το χέρι του.

"Το εμφύτευμα του εγκεφάλου καταγράφει και ερμηνεύει τα σήματα του εγκεφάλου που συνδέονται με τις σκέψεις και τα συνδέει με ένα εξωτερικό ενδυμασμένο μανίκι για να ελέγχει τους μύες του", εξήγησε ο Rezai. "Είναι ένα νευρομυϊκό σύστημα διέγερσης. Οι σκέψεις που σχετίζονται με την πρόθεση να κινηθούν - για παράδειγμα το άνοιγμα του χεριού - συνδέονται και συνδέονται μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου με την πραγματική λειτουργική κίνηση των χεριών. "

Η πρώτη γενιά του συστήματος ένδυσης και διέγερσης εξωτερικών ενδυμάτων, έλεγε, έχει μέχρι 160 ηλεκτρόδια διέγερσης" που αποτελούνται από εξαιρετικά εύκαμπτο υδρογέλη - μια σειρά υψηλής ανάλυσης, υψηλής ανάλυσης ηλεκτρόδια που συμμορφώνονται με διαφορετικά σχήματα και περιγράμματα όπως το αντιβράχιο. "

Το ένδυμα μπορεί να διαμορφωθεί σε ένα μανίκι, γάντι, κάλτσα, παντελόνι, ζώνη, ζώνη κεφαλής και άλλους παράγοντες μορφής.

"Είναι απαραίτητη η σημαντική πολυπλοκότητα και ο συντονισμός για να επιτραπεί η ομαλή μετακίνηση ενός αναδευτήρα για να ανακατεύετε τον καφέ, να χρησιμοποιήσετε μια οδοντόβουρτσα ή να παίξετε ένα βιντεοπαιχνίδι", δήλωσε. "Αυτός ο αλγόριθμος εκμάθησης μηχανών βελτιώνει και εξειδικεύει τις κινήσεις από τις τραχιές και κουρεμένες κινήσεις, τις πιο ομαλές και ρευστές κινήσεις. "

Διαβάστε περισσότερα: Η τεχνολογία Bionic που βοηθά στην αποκατάσταση του μυϊκού ελέγχου»

Η αισιοδοξία για το μέλλον

Οι νευροεπιστήμονες που παρακολουθούν τις πρόσφατες ανακαλύψεις είναι εντυπωσιασμένοι και αισιόδοξοι.

Ο Joseph O'Doherty, PhD, ανώτερος μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο Philip Sabes στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Φρανσίσκο, Κέντρο Ολοκληρωμένης Νευροεπιστήμης, καλεί αυτές τις πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή "πρωτοποριακή. "Αυτή η έρευνα δείχνει ότι τα παραλυμένα άκρα μπορούν να αναζωογονηθούν - με τη σκέψη μόνο - για την αποκατάσταση των συντονισμένων, πολλαπλών κοινών κινήσεων που είναι σημαντικές για την καθημερινή ζωή: φτάνοντας, πιάνοντας, τρώγοντας και πίνοντας», δήλωσε στην Healthline. "Είναι μια επίδειξη αποδεικτικών αρχών που εγείρει την πιθανότητα ότι παρόμοιες θεραπείες θα μπορούσαν σύντομα να βρουν υιοθεσία έξω από την κλινική. "

Οι επιστήμονες εργάζονται σε διασυνδέσεις εγκεφάλου-ηλεκτρονικού υπολογιστή, σε κάποια μορφή ή άλλο, από τα τέλη της δεκαετίας του 1960, ανέφερε. Το πεδίο έχει προχωρήσει από τον έλεγχο των δρομέων του υπολογιστή, των κινούμενων αναπηρικών αμαξιδίων και των ρομποτικών βραχιόνων, ώστε να αποκατασταθεί εκούσιος έλεγχος των άκρων.

"Ο τραυματισμός του νωτιαίου μυελού συχνά παρεμποδίζει την αίσθηση της αφής καθώς και την ικανότητα μετακίνησης", ανέφερε ο O'Doherty. "Η αποκατάσταση των αισθήσεων των άκρων θα είναι ένα κρίσιμο στοιχείο των νευροπροθέσεων που επιτρέπουν τις υγρές και φυσικές κινήσεις. "

" Υπάρχουν ακόμα πολλές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν ", πρόσθεσε," αλλά αυτό το νέο αποτέλεσμα, σε συνδυασμό με πολλές σχετικές εξελίξεις στην ασύρματη τεχνολογία, την τεχνολογία μπαταριών, την επιστήμη των υλικών και άλλα, με κάνει πολύ αισιόδοξο για τις νευροπροστατευτικές συσκευές αποκατάστασης η κίνηση και η αίσθηση να γίνουν ευρέως διαθέσιμες. "

Αυτές οι καινοτομίες προσφέρουν ελπίδα και δυνατότητες αποκατάστασης της κίνησης και αυξημένης ανεξαρτησίας σε πολλούς ασθενείς που ζουν με παράλυση ή άλλες σωματικές αναπηρίες. Ο Δρ. Ali Rezai, Το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Οχάιο Wexner Medical Center

Rezai είπε ότι 12.000 άτομα στις Ηνωμένες Πολιτείες υποφέρουν κάθε χρόνο από βλάβη του νωτιαίου μυελού και 300.000 ζουν με τραυματισμούς από τραυματισμούς,, και πέφτει.

Λιγότερο από το 1 τοις εκατό επιτυγχάνει πλήρη ανάκαμψη και τα περισσότερα έχουν ελλείμματα που βασίζονται σε διάφορες βοηθητικές και προσαρμοστικές τεχνολογίες για να παρέχουν περιορισμένο βαθμό ανεξαρτησίας.

«Αυτές οι καινοτομίες προσφέρουν ελπίδα και δυνατότητες αποκατάστασης της κίνησης και αυξημένης ανεξαρτησίας σε πολλούς ασθενείς που ζουν με παράλυση ή άλλες σωματικές αναπηρίες», δήλωσε ο Rezai. "Εκτός από τις βελτιώσεις των κινητήρων, αυτή η τεχνολογία έχει πιθανές συνέπειες για όσους έχουν αισθητηριακά ελλείμματα, χρόνιο πόνο, ομιλία, εγκεφαλικό επεισόδιο, γνωσιακό, άγχος και συμπεριφορικές επιπτώσεις. "

Ο Rezai είπε ότι αισθάνεται ελπιδοφόρα ότι σύντομα όσοι έχουν φυσικές, αισθητικές, γνωστικές και άλλες αναπηρίες θα έχουν την ευκαιρία να είναι πιο λειτουργικοί, να έχουν περισσότερη ανεξαρτησία και καλύτερη ποιότητα ζωής.

"Στόχος μας είναι να καταστήσουμε αυτή την τεχνολογία λιγότερο επεμβατική, να μειώσουμε το μέγεθος της συσκευής, να διαγράψουμε τους αισθητήρες, να κάνουμε το σύστημα ασύρματο και να παράγουμε το σύστημα στο σπίτι αντί στο εργαστήριο", δήλωσε.

Η ομάδα Case Western προσπαθεί επίσης να προωθήσει τεχνολογικά το σύστημά της.

"Πρέπει να αναπτύξουμε μια διεπαφή ασύρματου εγκεφάλου για να αντικαταστήσουμε το καλώδιο που συνδέει τον χρήστη με ένα σύνολο υπολογιστών εγγραφής", δήλωσε ο Ajiboye. "Πρέπει να ενισχύσουμε το εμφύτευμα του εγκεφάλου για τη μακροζωία, να αυξήσουμε τον αριθμό των νευρώνων από τους οποίους μπορούμε να καταγράψουμε και να αναπτύξουμε μια πλήρως εμφυτευμένη εγκεφαλική διεπαφή και λειτουργικό σύστημα ηλεκτρικής διέγερσης. "