Розвиток "керованих розумом" біонічних пристроїв зрушив ще один крок ближче сьогодні до публікації журналу Природа Біотехнологічний папір описуючи, як крихітний стент довжиною 3cm, що містить електроди 12, може одного дня допомогти людям, які живуть із травмою спинного мозку, ходити з силою думки.

Прилад, званий "стентродом", вставляється в яремну вену на шиї і підштовхується до вени, поки не досягне моторної кори мозку, яка відповідає за діяльність м'язів.

Я був членом команди 39, яка розробляла і тестувала пристрій, і зараз плануємо клінічне випробування в наступному році в штаті Вікторія.

Як це працює?

Положення стентрода, поряд з руховою корою, дозволяє йому отримувати нейронні сигнали, які ініціюють рух. Він посилає ці сигнали вниз мікроневели 12 в комп'ютерний інтерфейс.

Мельбурнський університет. Source

Тут сигнали перекладаються на інформацію, яка могла б маніпулювати будь-чим, від біонічного протеза кінцівки до екзоскелета повного тіла, зовнішнього скелета трансформаторного типу.

Робота заснована на попередніх дослідженнях, знайдених у 2002 мавпи могли переміщувати курсор комп'ютера силою думки. Це показало, що теоретично можна контролювати біонічну кінцівку, використовуючи лише думки.

Далі вчені використовували електродні пристрої, такі як Масив електрода Юта, і хірургічним шляхом імплантували їх трохи нижче черепа в кору у людини. Ці пристрої дали дивовижні результати, включаючи здатність для паралізованих пацієнтів оперувати віддалену біонічну кінцівку, повністю відділену від тіла, і випивати каву. Ці пристрої все ще розробляються компанією під назвою BrainGate.

Однак введення цих пристроїв вимагає великих операцій на мозку, що несе ризики зараження та відторгнення імунітету. Хірургічно імплантовані електродні масиви також можуть спричинити запалення мозку та зазнати погіршення якості сигналу протягом шести місяців до року.

Стентрод має на меті подолати ці проблеми. Сидячи всередині судинної оболонки мозку, стентрод вбудовується в стінку судини, захищаючи його від імунних клітин мозку. Наші доклінічні дослідження показують, що мозок сигналізує про те, що стентрод збирає насправді, стає чистішим та сильнішим із часом, коли відбувається внесення цієї судини.

Наступний крок: імплантація пацієнтів

Першими пацієнтами, які отримали імплантати стентроду, будуть люди, які отримали травму хребта та закінчилися квадриплегією.

Перед отриманням імплантату пацієнти пройдуть функціональне МРТ-сканування. Їх попросять уявити, як вони рухають рукою вліво-вправо, вгору-вниз, і уявляють, як рухати рукою до цілей на екрані комп’ютера.

Це дозволить створити віртуальну карту моторної кори, до якої можуть прицілитися хірурги під час операції з імплантації стентроду, щоб переконатися, що пристрій перекриває відповідну область рухової кори.

Тоді власний мозок пацієнта почне навчальну парадигму, дуже схожу з навчанням грати на інструменті, або новим руховим навичкам. Нейрони в руховій корі будуть стріляти у відповідь на думку пацієнта, що потім буде переведено на рух курсору, біонічної кінцівки або екзоскелету.

Спочатку ці рухи будуть ривковими, неузгодженими і даватимуть неправильний результат. Але через процес спроб і помилок нейропластичні властивості мозку дозволять йому вдосконалити нервову діяльність, врешті-решт дозволяючи скоординовані дії, такі як пити каву або гуляти за допомогою екзоскелету.

Інші можливі варіанти використання

Сильно розгалужена судинна система мозку означає, що стентрод може бути відкладений в інших судинах для лікування різних захворювань.

Він може передбачити епілептичні припадки, наприклад, якщо він розміщений в області мозку, що призводить до появи судом. Нейрова активність мозку змінюється передбачуваними способами перед початком судом. Стентрод може підняти ці сигнальні попереджувальні сигнали, попередивши пацієнта про припинення будь-яких видів діяльності, які могли б загрожувати їм чи іншим, наприклад, керуванню автомобілем або плаванням.

Стентрод також може бути використаний як пристрій нейростимуляції. Сучасна терапія хвороби Паркінсона включає стимуляцію глибокого мозку (ДБС) для вивільнення дофаміну, необхідного для плавних, узгоджених рухів. Використання стентроду як альтернативного стимулятора полегшило б ризики імплантації стимуляторів вглиб мозку.

Пристрій також може допомогти людям із захворюваннями моторних нейронів (МНД), позбавленим здатності рухатися, говорити, їсти та врешті дихати. На етапі, коли люди втрачають здатність до спілкування, стентрод може бути використаний для надання інтерфейсу для управління комп'ютером. Це може дати їм дорогоцінні місяці чи роки, коли вони можуть продовжувати спілкуватися зі своїми близькими.

Перші клінічні випробування на стентроді на людях заплановані на 2017. За умови, що ми побачимо очікувані результати, ми сподіваємось, що комерційно доступна версія технології буде доступна у першій половині 2020.

Тим часом одна мета - додати більше електродів, що дозволяє більш тонко контролювати паралізованих пацієнтів не лише знову ходити, але й отримувати тонкі рухи пальцем. Чи можемо ми одного разу побачити віртуозу «паралізованої» скрипки? Ми можемо спробувати.