Ieteicams, 2019

Redaktora Izvēle

Vēzis: Jauns veids, kā sekot retām T šūnām, jāuzlabo imūnterapija
Psihoze: Saikne ar smadzeņu iekaisuma antivielām rada jaunu ārstēšanas cerību
Kā multiplā skleroze ietekmē dzīves ilgumu?

Neiroprostētika: Atgūstas no traumas, izmantojot prāta spēku

Neiroprostētiķi, kas pazīstami arī kā smadzeņu un datoru saskarnes, ir ierīces, kas palīdz cilvēkiem ar kustību traucējumiem vai jutekļiem, lai atgūtu kontroli pār savu sajūtu un kustībām, izveidojot saikni starp smadzenēm un datoru. Citiem vārdiem sakot, šī tehnoloģija ļauj cilvēkiem pārvietoties, dzirdēt, redzēt un pieskarties, izmantojot tikai domāšanas spēku. Kā darbojas neiroprostētika? Mēs aplūkojam piecus galvenos sasniegumus šajā jomā, lai redzētu, cik tālu mēs esam nonākuši - un cik daudz tālāk mēs varam - izmantot tikai mūsu prātu spēku.


Izmantojot elektrodus, datoru un domas spēku, neiroprostētiskās ierīces var palīdzēt pacientiem ar kustību vai sensoriskām grūtībām pārvietoties, justies, dzirdēt un redzēt.

Katru gadu simtiem tūkstošu cilvēku visā pasaulē zaudē kontroli pār saviem locekļiem muguras smadzeņu traumas dēļ. Amerikas Savienotajās Valstīs līdz 347 000 cilvēku dzīvo ar muguras smadzeņu bojājumiem (SCI), un gandrīz puse šo cilvēku nevar pārvietoties no kakla uz leju.

Šiem cilvēkiem neiroprostētiskās ierīces var piedāvāt ļoti nepieciešamo cerību.

Smadzeņu un datoru saskarnes (BCI) parasti ietver elektrodus, kas atrodas uz cilvēka galvaskausa, uz smadzeņu virsmas vai smadzeņu audos - kas uzrauga un mēra smadzeņu darbību, kas rodas, kad smadzenes domā par domu. Pēc tam šīs smadzeņu aktivitātes modelis tiek "tulkots" kodā vai algoritmā, kas tiek "padots" datorā. Dators, savukārt, pārveido kodu komandās, kas rada kustību.

Neiroprostētika nav tikai noderīga cilvēkiem, kuri nevar pārvietot rokas un kājas; viņi arī palīdz tiem, kam ir maņu traucējumi. Pasaules Veselības organizācija (PVO) lēš, ka aptuveni 360 miljoniem cilvēku visā pasaulē ir dzirdes zudums, savukārt vēl 39 miljoni cilvēku ir akli.

Dažiem no šiem cilvēkiem neiroprostētiskie līdzekļi, piemēram, cochlear implanti un bioniskās acis, ir devuši viņiem savas sajūtas, un dažos gadījumos tie ir ļāvuši viņiem pirmo reizi dzirdēt vai redzēt.

Šeit aplūkojam piecas nozīmīgākās neiroprostētiskās tehnoloģijas attīstības tendences, aplūkojot, kā tās darbojas, kāpēc tās ir noderīgas un kā dažas no tām attīstīsies nākotnē.

Ausu implants

Iespējams, ka "vecākā" neoprostētiskā iekārta, kas ir cochlear implanti (vai ausu implanti), ir bijusi jau vairākus gadu desmitus un ir veiksmīgas neiroprostētikas izpausme.

ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA) apstiprināja cochlear implantus jau 1980. gadā, un līdz 2012. gadam gandrīz 60 000 ASV iedzīvotāju bija implanti. Pasaulē vairāk nekā 320 000 cilvēku ir implantējuši ierīci.

Cochlear implants darbojas, apejot bojātās auss daļas un stimulējot dzirdes nervu ar signāliem, kas iegūti, izmantojot elektrodus. Signāli, kas tiek pārraidīti caur dzirdes nervu uz smadzenēm, tiek uztverti kā skaņas, lai gan dzirde caur auss implantu ir diezgan atšķirīga no regulārās dzirdes.

Lai gan cochlear implanti ļauj lietotājiem atšķirt runu personīgi vai pa tālruni, mediji ir bagāti ar emocionāliem kontiem, kuri ir dzirdējuši sevi pirmo reizi, izmantojot šo sensoro neiroprostētisko ierīci.

Šeit jūs varat noskatīties video par 29 gadus vecu sievieti, kas pirmo reizi dzird, izmantojot cochlear implantu:

Acu implants

Pirmā mākslīgā tīklene, ko sauc par Argus II, ir pilnībā izgatavota no acī implantētiem elektrodiem, un to apstiprināja FDA 2013. gada februārī. Tieši tāpat kā cochlear implants, šī neiroprostētiskā viela apiet bojāto tīklenes daļu un pārraida signālus, ko uztver pievienotā kamera, smadzenēm.

Tas tiek darīts, pārveidojot attēlus gaišos un tumšos pikseļos, kas kļūst par elektriskiem signāliem. Tad elektriskie signāli tiek nosūtīti uz elektrodiem, kas savukārt nosūta signālu smadzeņu redzes nervam.

Lai gan Argus II pilnībā neatjauno redzējumu, tas ļauj pacientiem ar pigmentozu retinītu - stāvokli, kas bojā acu fotoreceptorus - nošķirt kontūras un formas, kas daudzu pacientu ziņojumos būtiski ietekmē viņu dzīvi.

Retinīts pigmentosa ir neirodeģeneratīva slimība, kas ASV skar aptuveni 100 000 cilvēku. Kopš tās apstiprināšanas vairāk nekā 200 pacientu ar retinītu pigmentozi ir saņēmuši Argus II implantu, un uzņēmums, kas to izstrādājis, pašlaik strādā, lai padarītu iespējamu krāsu noteikšanu un uzlabotu ierīces izšķirtspēju.

Neiroprostētika cilvēkiem ar SCI

Tiek lēsts, ka gandrīz 350 000 cilvēku ASV dzīvo ar SCI, un 45% no tiem, kuriem kopš 2010. gada ir SCI, tiek uzskatīti par tetraplegiskiem - tas ir, paralizēts no kakla.

Pie Medicīnas ziņas šodien, mēs nesen ziņojām par revolucionāro viena pacienta eksperimentu, kas ļāva cilvēkam ar quadriplegia pārvietot rokas, izmantojot viņa domas milzīgo spēku.

Bill Kochevar bija elektrodi, kas ķirurģiski uzstādīti viņa smadzenēs. Pēc BCI apmācības, lai "mācītos" smadzeņu darbību, kas atbilstu viņa domātajām kustībām, šī aktivitāte tika pārvērsta par elektriskiem impulsiem, kas pēc tam tika nosūtīti atpakaļ uz smadzeņu elektrodiem.

Tādā pašā veidā, kā cochlear un vizuālo implantu apiet bojāto zonu, tā arī tas BCI jomā izvairīties no "īssavienojumu" starp smadzenēm un pacienta muskuļiem, ko rada SCI.

Ar šo neiroprostētisko palīdzību pacients varēja sevi dzert un barot. "Tas bija pārsteidzošs," saka Kochevar, "tāpēc, ka es domāju par pārvietot manu roku un tā darīja." Kochevar bija pirmais pacients pasaulē, lai pārbaudītu neiroprostētisko ierīci, kas pašlaik ir pieejama tikai pētniecības nolūkos.

Jūs varat uzzināt vairāk par šo neiroprostētisko līdzekli tālāk redzamajā videoklipā:

Tomēr tas neattiecas uz SCI neiroprostētiku. Courtine Lab - kuru vada neirozinātnieks Gregoire Courtine Lozannā, Šveicē - ir nogurdinoši strādā, lai palīdzētu ievainotajiem cilvēkiem atgūt kontroli pār kājām. Viņu pētījumi ar žurkām ir devuši iespēju paralizēt grauzējus staigāt, izmantojot elektriskos signālus un padarot tos stimulēt nervus atdalītā muguras smadzenēs.

"Mēs uzskatām, ka šī tehnoloģija kādu dienu varētu ievērojami uzlabot to cilvēku dzīves kvalitāti, kuri saskaras ar neiroloģiskiem traucējumiem," saka Silvestro Micera, kas ir ekspertu un neuroengineer līdzautore Courtine Labs.

Nesen Prof. Courtine vadīja arī starptautisku pētnieku komandu, lai veiksmīgi izveidotu brīvprātīgu pēdu kustību rēzus pērtiķiem. Šī bija pirmā reize, kad tika izmantots neiroprostētisks līdzeklis, lai ļautu staigāt ar cilvēka primātiem.

Tomēr "var paiet vairāki gadi, pirms visas šīs intervences sastāvdaļas var pārbaudīt cilvēkiem," saka Prof.

Roku, kas jūtas

Silvestro Micera ir vadījis arī citus projektus neiroprostētikas jomā, starp kuriem ir arī „jūtas”. 2014. gadā MNT ziņots par pirmo mākslīgo roku, kas tika uzlabota ar sensoriem.

Pētnieki mēra spriegumu mākslīgās rokas cīpslās, kas kontrolē satveršanas kustības un pārvērš to par elektrisko strāvu. Savukārt, izmantojot algoritmu, tas tika pārvērsts impulsos, kas pēc tam tika nosūtīti uz rokas nerviem, radot pieskārienu.

Kopš tā laika protēze, kas "jūtas", ir uzlabojusies vēl vairāk. Pitsburgas Universitātes un Pitsburgas Universitātes Medicīnas centra pētnieki Pensilvānijā pārbaudīja BCI vienu pacientu ar quadriplegia: Nathan Copeland.

Zinātnieki implantēja mikroelektrodu apvalku zem Copeland smadzeņu virsmas - proti, viņa primārajā somatosensorālajā garozā - un savienoja tos ar protēžu roku, kas bija aprīkota ar sensoriem. Tas ļāva pacientam sajust pieskārienu sajūtas, kas viņam bija jūtamas, it kā viņi piederētu savai paralizētajai rokai.

Kaut arī aklās bija redzams, Copeland spēja noteikt, ar kādu pirkstu viņa protēzes rokā pieskaras. Sajūtas, ko viņš uztvēra, bija dažāda intensitāte un tika uzskatītas par atšķirīgām spiedienā.

Neiroprostētika neironiem?

Mēs esam redzējuši, ka smadzeņu kontrolētā protezēšana var atjaunot pacienta sajūtu, dzirdi, redzes un kustības, bet vai mēs varētu veidot protēzes pašām smadzenēm?

Kanberas Austrālijas Nacionālās universitātes (ANU) pētniekiem izdevās mākslīgi audzēt smadzeņu šūnas un radīt funkcionālas smadzeņu ķēdes, kas pavēra ceļu smadzeņu neiroprostētikai.

Piemērojot nanovadu ģeometriju pusvadītāju vafelēm, Dr. Vini Gautam, ANU Inženierzinātņu skola, un kolēģi nāca klajā ar sastatnēm, kas ļauj smadzeņu šūnām augt un savienoties sinaptiski.

Projekta grupas vadītājs Dr. Vincents Daria no John Curtin medicīnas pētījumu skolas Austrālijā izskaidro savu pētījumu panākumus:

"Mēs varējām izveidot jutīgus savienojumus starp neironiem un pierādīt, ka tie ir funkcionāli ar sinhroni šūnu neironiem. Šis darbs varētu pavērt jaunu pētījumu modeli, kas veido spēcīgāku saikni starp materiālu nanotehnoloģijām ar neirozinātni."

Neiroprostētiskie līdzekļi smadzenēm var kādu dienu palīdzēt pacientiem, kuriem ir bijusi insults vai kuri dzīvo ar neirodeģeneratīvām slimībām, lai atjaunotos neiroloģiski.

Katru gadu ASV gandrīz 800 000 cilvēku ir guvuši insultu, un vairāk nekā 130 000 cilvēku mirst no tā. Ir plaši izplatītas arī neirodeģeneratīvas slimības, un tiek lēsts, ka 5 miljoni ASV pieaugušo dzīvo kopā ar Alcheimera slimību, 1 miljons ir Parkinsona slimība, un 400 000 - lai iegūtu multiplo sklerozi.

Uzziniet par Facebook jaunākajiem centieniem: BCI attīstību.

Populārākas Kategorijas

Top