שיתוק וניתוח מעקפים המוח

רוברט קירש, PhD, יו"ר המחלקה מקרה המערבי של הנדסה ביו-רפואית, מנכ"ל המרכז לגירוי חשמלי פונקציונלי של האוניברסיטה (FES), הוא המחבר הבכיר של המחקר.

פרסומת פרסומת

"הראינו את הכדאיות של הקלטת כוונות תנועה של מישהו ואז לעשות את הזרוע שלהם לעשות את התנועות האלה," הוא אמר.

הוא רק חושב להזיז את זרועו ואת הזרוע נע בזמן שהוא מתכוון. בולו אג'יבוי, אוניברסיטת קייס ווסטרן ריזרב

פרסומת

"תנועה רגילה אצל אנשים לא פגומים מתרחשת מכיוון שהקליפה המוטורית מייצרת פקודת תנועה, המיוצגת כאיתותים חשמליים, העוברת דרך חוט השדרה, ולאחר מכן מפעילה את השרירים המתאימים", אמר ג'ייבויה ל- Healthline.

פרסומת פרסומת

Ajiboye גם ציין מה זה טכנולוגיה חדשה לא.

מדע ניסה פעמים רבות "לתקן" עמוד השדרה פגום באמצעות הנדסת רקמה לצמיחה מחודשת ללא הצלחה, הוא אמר.

"נשמח עבור מדענים למצוא דרך לחדש מחדש את חוט השדרה באמצעות טיפולים תאיים", אמר אג'יבוי. "עם זאת, הגישה הנוכחית שלנו משתמשת בטכנולוגיה כדי לעקוף את פגיעה בעמוד השדרה כדי לקבל את האותות תנועה מן המוח אל קבוצה נכונה של השרירים כדי לייצר את התנועה. "

טכנולוגיות אחרות המסייעות לאנשים עם שיתוק להתאושש פונקציה מוגבלים בדרך כלל מכשירים הם יכולים לשלוט באמצעות הקולות שלהם תנועות העין, או על ידי הזזת הראש שלהם.

פרסומת פרסומת

"המכשיר שלנו מאפשר למשתמש להזיז את האיבר שלו רק על ידי חשיבה," הסביר Ajiboye. "אני רוצה להבהיר כי המערכת שלנו היא לעקוף את פגיעה בעמוד השדרה, ולא להפוך את השיתוק. בלי המערכת, המשתמש עדיין להיות משותק, ואין ראיות לכך שימוש במערכת זו בסופו של דבר לגרום לצמיחה מחודשת שדרה, או היה לחדש את היכולת לנוע ללא המערכת. "

קרא עוד: שתל מסייע לאנשים עם שיתוק לחזור ולהשתמש בגפיהם»

למה היא הטכנולוגיה Case Western ייחודי?

המערכת היא הראשונה להשתמש הן בממשק המחשב השתל המוח עם מערכת FES חשמלי להפעיל שרירים משותקים.

לפני כן, מדענים טיפלו במספר אנשים עם שיתוק אך עם גישה אחת בלבד או אחרת.

קוצ'וואר הוא האדם הראשון שחווה את הטכנולוגיה המשולבת הזו.

Ajiboye אמר קבוצות מחקר רבות השתמשו במערכת ממשק המוח עם בני אדם ועם פרימטים לא אנושיים. שתי קבוצות הבדיקה הצליחו לבצע משימות כגון העברת סמנים על מסך המחשב או הזזת זרועות רובוטיות.

"מרכז FES שלנו עבור 25 עד 30 השנים האחרונות מושתל מערכות FES אצל אנשים עם פגיעות בחוט השדרה לשחזר מספר פונקציות, כולל עמידה, הליכה, נשימה, ידיים ותנועות היד," הוא אמר.

Kochevar הצטרף לפרויקט המחקר של קייס ווסטרן בשנת 2014. הוא קיבל את שתלי המוח שלו בדצמבר של אותה שנה.בשנת 2015, קירש, Ajiboye, ועמיתיהם implanted אלקטרודות בשרירי ידו ואת ידו.

קוצ'וואר למד להפעיל את אותות המוח שלו כדי לשלוט במכשירים שונים.

"תחילה ראינו אותו זרוע וירטואלית על מסך המחשב, בזמן שהוא דמיין בו זמנית את אותן תנועות עם זרועו", אמר אג'יבוי. "זה יצר דפוסים של פעילות עצבית. אחר כך פיתחנו מפענח עצבי, אלגוריתם מתמטי שקשר את הדפוסים הנוצרים של פעילות עצבית עם היבטים של תנועות הזרוע הווירטואליות. "לאחר מכן, הם היו קוצ'וואר לשלוט על הזרוע הווירטואלית על ידי יצירת דפוסים של אותות מוח, כי היו לפרש אז על ידי מפענח עצבי, אמר Ajiboye.

Kochevar מאומן להעביר את הזרוע הווירטואלית בדיוק למטרה מוגדרת בסביבת העבודה. המדענים כימו את שליטת המוח שלו בזרוע הווירטואלית, וגילו כי הוא היה מסוגל לשלוט בה כמעט מיד, אמר Ajiboye. בנוסף, Kochevar השיג במהירות יחסית שיעור הצלחה של 95 עד 100 אחוזים של דיוק היעד.

לבסוף, המדענים ניסו את קוצ'וואר להזיז את זרועו באמצעות גירוי FES בתהליך דו-שלבי.

"העברנו את זרועו ידנית (באמצעות גירוי חשמלי) והורה לו לדמיין שהוא שולט בתנועות הזרוע שלו", אמר אג'יבוי. "שוב, זה עזר ליצור את הדפוסים הרצויים של פעילות עצבית, אשר השתמשנו כדי לבנות לחדד מפענח העצבים שלנו. השתמשנו במפענח העצבי האחרון כדי לפקח על תנועות זרועו שלו, שברו מחדש באמצעות גירוי חשמלי. הוא היה מסוגל להזיז מיד את זרועו כרצונו, והשתפר בהדרגה עם שימוש מוגבר. "בסרטו של קייס ווסטרן, אמר קוצ'וואר," זה היה מדהים כי חשבתי להזיז את היד שלי וזה היה. יכולתי להזיז אותו פנימה והחוצה, מעלה ומטה. "

מאז קוצ'וואר היה שיתוק לטווח ארוך, שריריו היו בתחילה חלש בקלות עייף. אמר אג'יבוי.

כדי לבנות את כוח השרירים שלו ואת ההתנגדות עייפות, הצוות "מימש" את השרירים שלו במשך כמה שעות ביום באמצעות גירוי חשמלי ללא מערכת ממשק המוח.

במשך הזמן, תרגיל זה מגורה חשמלית הגביר את כוח השריר שלו ואת היכולת שלו להשתמש במערכת עוד ללא עייפות.

קרא עוד: האדם משיג יכולת הליכה באמצעות גלי מוח משלו

ממשקי מחשב ומחשבים

בדומה לחידושים של קייס ווסטרן, החדשנות של מדינת אוהיו עזרה לאדם עם ארבע שיניים להשתמש בידו לאחר שנים של שיתוק.

צוות המחקר בראשות ד"ר עלי רזאי, פרופסור לנוירוכירורגיה ומדעי המוח, ומנהל המרכז לנוירומודולציה במרכז הרפואי וקסנר.

החולה, איאן בורקארט, סבל מפציעה חמורה בחוט השדרה בגיל 19 בתאונת צלילה. הוא הותיר אותו בתפקוד ובתנועות מועטות בכתפיו ובשרירי זרועו, וללא תנועה ממרפקיו אל ידיו.

"הצוות שלנו פיתח טכנולוגיית ממשק מחשב-מוח שעוקפת את חוט השדרה הפגום, ומאפשרת למטופל כגון איאן עם פגיעה בעמוד השדרה ורביעית, ולא פונקציה של ידיו במשך חמש שנים פשוט להשתמש במחשבותיו כדי להזיז את יד חסרת חיים שתבוא לחיים ותחת שליטתו הרצויה ", אמר רזאי.

ניק Annetta, מימין, של Battelle, צופה כמו איאן Burkhart, 24, משחק משחק וידאו גיטרה באמצעות היד המשותקת שלו. מקור התמונה: אוניברסיטת מדינת אוהיו מרכז רפואי וקסנר / באטל

באפריל 2014, רזאי השליך שבב בגודל ראש של עיפרון מוחק על פני הקורטקס המוטורי של מוחו של בורקהארט. 96 המיקרואלקטרודות של השבב רשמו את ירי הנוירונים שלו.

Rezai ועמיתיו פיתחו את מערכת העקיפה העצבית, אשר מתעד ומנתח את פעילות המוח המתרחשת כאשר בורכארט מתכוון להזיז את ידו.

לאחר שעקפו את חוט השדרה הפגום וניזוקו מהמוח אל עצבי השרירים, המערכת מקשרת את אות המוח של Burkhart בשרוול בגד חיצוני, אמר רזאי.

זה מאפשר Burkhart להזיז את ידו.

"השתל המוח רושם ומפרש אותות מוח הקשורים למחשבות, וקושר אותם ללבוש שרוול חיצוני לבוש כדי לשלוט בשריריו", הסביר רזאי. "זוהי מערכת גירוי neuromuscular. המחשבות הקשורות כוונה לזוז - למשל פתיחת היד - מקושרים ומחוברים בתוך אלפיות השנייה לתנועה יד פונקציונלית בפועל. "הדור הראשון של מערכת השרוול והגירוי של השרוולים החיצוניים, אמר, מכיל עד 160 אלקטרודות ממריצות" המורכבות מהידרוגר סופר גמיש - מערך בעל רזולוציה גבוהה ברזולוציה גבוהה של אלקטרודות המתאימות לצורות שונות ואת קווי המתאר כגון האמה. "

"יש צורך במורכבות ובתיאום משמעותיים על מנת לאפשר לתנועות בצורה חלקה לאסוף סטירר כדי לערבב את הקפה, להשתמש במברשת שיניים או לשחק משחק וידאו", אמר. "אלגוריתם הלמידה של מכונה זו משפר ומשפר את התנועות מתנועות גסות ומנותקות, לתנועות חלקות ונוחות יותר. "

קרא עוד: טכנולוגיה ביונית שעוזרת לשקם את השליטה בשרירים

אופטימיות לעתיד

מדעני מוח המתבוננים בפריצות הדרך האחרונות מתרשמים ואופטימיים.

ד"ר ג'וזף אודוהרטי, דוקטורט בכיר במעבדת פיליפ סאבס מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו, המרכז לאינטגרטיביות של מדעי המוח, מכנה את ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית ממשק מחשב-מוח "פורצת דרך". "מחקר זה מראה כי איברים משותקים ניתנים להחלמה מחדש - על-ידי מחשבה בלבד - לשיקום התנועות המתואמות והמרוכות המשותפות לחיי היום-יום: הגעה, אחיזה, אכילה ושתייה", אמר ל- Healthline. "זוהי הוכחת הוכחה של עקרון המעלה את האפשרות שטיפולים דומים יוכלו למצוא בקרוב אימוץ מחוץ למרפאה. "מדענים עובדים על ממשקי מחשב-מוח, בצורה זו או אחרת, מאז סוף שנות השישים", הוא אומר. השדה התקדם משליטה בסמן המחשב, בכיסאות גלגלים ובזרועות רובוטיות, ועד עכשיו, משחזר את השליטה התנדבותית על הגפיים.

"פגיעה בחוט השדרה פוגעת לעתים קרובות בחוש המגע, כמו גם ביכולת התנועה", אמר או'דוטי. "שחזור תחושות הגפיים יהיה מרכיב חיוני של neuroprostheses המאפשרים תנועות נוזל טבעי. "עדיין יש אתגרים רבים להתגבר עליהם", הוסיף, "אבל התוצאה החדשה הזו, בשילוב עם ההתקדמות הרבה בתחום הטכנולוגיה האלחוטית, טכנולוגיית הסוללות, מדע החומרים ועוד, מעוררת בי אופטימיות רבה לגבי מכשירים נוירו-אסטטיים לשיקום תנועה ותחושה הופכים לזמינים. "

חידושים אלה מציעים תקווה ואת פוטנציאל שיקום התנועה העצמאות גדל לחולים רבים החיים עם שיתוק או נכות פיזית אחרים. ד"ר עלי רזאי, אוניברסיטת אוהיו המרכז הרפואי וקסנר

Rezai אמר 12,000 אנשים בארצות הברית בכל שנה לקיים פגיעה בחוט השדרה, ו 300, 000 לחיות עם פציעות כאלה מתאונות רכב, טראומה, פציעות ספורט, ונופל.

פחות מאחוז אחד משיגים התאוששות מלאה, ולרובם יש גירעונות המסתמכים על טכנולוגיות סיוע וסיוע שונות כדי לספק מידה מוגבלת של עצמאות.

"חידושים אלה מציעים תקווה ואת הפוטנציאל לשחזור התנועה והגברת העצמאות לחולים רבים החיים עם שיתוק או נכויות פיזיות אחרות", אמר רזאי. "בנוסף לשיפורים מוטוריים, לטכנולוגיה זו יש השלכות פוטנציאליות על אלו עם גירעונות סנסוריים, כאב כרוני, דיבור, שבץ, קוגניציה, חרדה והשלכות התנהגותיות. "

Rezai אמר שהוא מקווה שבקרוב יהיו לבעלי מוגבלויות פיזיות, חושיות, קוגניטיביות ואחרות הזדמנות להיות פונקציונליים יותר, להיות בעלי עצמאות רבה יותר, ואיכות חיים טובה יותר.

"המטרה שלנו היא להפוך את הטכנולוגיה הזו לפולשנית פחות, להקטין את גודל המכשיר, למזער את החיישנים, להפוך את המערכת לאלחוטית ולספק את המערכת בבית במקום במעבדה", אמר.

צוות קייס ווסטרן פועל גם לקידום המערכת שלה מבחינה טכנולוגית.

"אנחנו צריכים לפתח ממשק מוח אלחוטי כדי להחליף את הכבל המחבר את המשתמש למערך של מחשבים הקלטה", אמר Ajiboye. "אנחנו צריכים לשפר את השתל המוח לאריכות ימים, כדי להגדיל את מספר הנוירונים שאנו יכולים להקליט, לפתח ממשק מוח מושתל לחלוטין מערכת גירוי חשמלי פונקציונלי. "