Novice Paralizirane opice s pomočjo brezžičnega vmesnika spet hodijo

Paralizirane opice s pomočjo brezžičnega vmesnika spet hodijo

 

Do pred nekaj leti je bilo pozdraviti paralizo nekaj, kar lahko vidimo samo v filmih.

 

Toda, sodeč po nevroznanstveniku z univerze v Newcastlu, Angliji, dr. Andrewu Jacksonu, bomo lahko že s koncem tega desetletja priča ponovni hoji pacientov s poškodovano hrbtenjačo. Ekipi dr. Gregoire Courtine-a na švicarskem tehnološkem inštitutu v Lozani je z vsaditvijo posebnega brezžičnega nevro vmesnika v hrbtenjačo opice uspelo nekaj nemogočega: opica je spet začela uporabljati svojo prej paralizirano nogo, in to 6 dni po nesreči, ter brez kakršnegakoli treninga.

 

Ta sistem direktno prebere možganske signale in deluje na pacientovih lastnih udih. Torej niso potrebni kakšni dragi »eksoskeletoni«, o katerih smo že pisali  (za povezavo do članka klikni tukaj), ali druge zunanje stimulacije mišic noge, da bi izvabili kontrakcijo, potrebno za hojo. To je izjemno – pomeni, da se sistem lahko uporablja doma, brez zdravniškega nadzora»Ko smo prvič prižgali vmesnik  med možgani in hrbtenjačo ... In je žival začela hoditi s svojo poškodovano nogo, je bilo slišati veliko krikov v sobi, zdelo se je neverjetno«, se spominja Courtine. »Študija predstavlja ogromen korak naprej pri povrnitvi motorične funkcije s pomočjo nevro-vmesnikov«, se strinja Jackson.


Premostitev prepada

 

Vsakič, ko se odločimo za nek premik, možgani pošljejo cel slap signalov dol po hrbtenjači, z navodili mišicam, da se ustrezno aktivirajo. Poškodba te poti, kot v primeru poškodb hrbtenjače v prometni nesreči, npr., pogosto pomeni nepopravljivo paralizo. Ponovno oživčenje je zelo težko. Živci se namreč ne regenerirajo, tudi po kakšnih posebnih »koktejlih« zmešanih regenerativnih zdravilih. Mesta poškodbe so pogosto tudi sovražna do matičnih celic, kar otežuje ponovno rast in razvoj celic.

 

Foto: Vsadek prebere možganske signale in omogoči, da opica lahko hodi.
Vir: www.nytimes.com/

 

Da bi to zaobšli, so se Courtine in ostali strokovnjaki za vmesnike med možgani in računalnikom obrnili na ročno povezavo možganov in mišic. In ta sistem je zelo pameten. Za začetek so izdelali dva vsadka. Eden prejema signale iz možganov, drugi pa zamenja hrbtenjačo. Prvi, t.i. nevro-vmesnik, je sestavljen iz 96 mikroelektrod, ki se priklopijo na dele možganov, odgovornih za premik noge. Ko je enkrat vsajen, avtomatično ujame signale, ki prihajajo od večih nevronov, ki skupaj delajo na neki komandi, npr. izteg noge.

 

Naprava velikosti škatlice za vžigalice potem pošlje signale zunanjemu računalniku, ki s pomočjo algoritmov ugotovi, katera gibanja so živčni signali dekodirali. A ugotoviti, kako različni električni signali predstavljajo različne gibe, je bil samo prvi korak. Mogli so tudi dojeti, kako se signali ciklično menjajo s časom, oz. s tem, ko opica hodi. Tako so lahko zagotovili gladko hojo.

 

Ko so bili nevro-signali dekodirani, je računalnik s temi informacijami (brezžično) upravljal drug niz elektrod, ki je ležal na hrbtenjači opice, pod mestom poškodbe. Ta drugi vsadek deluje kot električni stimulator, ki prejme sporočila od možganskega vsadka in jih pošlje v nepoškodovan del hrbtenjače, ki kontrolira gibe nog.

 

Rezultati so bili osupljivi.

 

Brezžični vmesnik med možgani in hrbtenjačo je pri obeh opicah, ki nista več mogli uporabljati svoje noge, omogočil normalno hojo v prvem tednu po poškodbi, in to brez treninga. Sčasoma se je kvaliteta in tudi kvantiteta korakov izboljšala, kar nakazuje, da je opisan sistem sprožil nevroplastičnost (zmožnost možganov vzpostaviti nove povezave, zlasti po nesrečah) v možganih, kot tudi poškodovani hrbtenjači.


Foto:  Courtine, ki drži model opičjih možganov skupaj z vsadkom.
Vir: www.nytimes.com

»Kaj o tem pravijo drugi strokovnjaki? »Povezava med dekodiranjem možganov in stimulacijo hrbtenjače oz. sama vzpostavitev te komunikacije – to je nekaj popolnoma novega«, pravi Jocelyne Bloch, nevrokirurginja v lozanski bolnišnici, ki je tudi opravila sam poseg na opicah. Simone di Giovanni, specialist v restorativni nevroznanosti iz Imperial College-a v Londonu, pravi, da so rezultati »solidni, zelo obetavni in vznemirljivi«, a morajo biti še naprej testirani na živalih, kot tudi na večjem številu ljudi. V principu je to možno ponoviti na ljudeh, še pravi. »Vprašanje pa je, koliko bo ta pristop prispeval k funkcionalnemu okrevanju in izboljšanju kvalitete življenja. To je še vedno zelo nejasno«. Sodeč po vodji raziskav poškodb hrbtenjače na univerzi v ameriškem Louisville-u, Susan Harkema, so znanstveniki že nekaj časa vedeli, da lahko sesalci povrnejo gibanje svojih udov po poškodbah s pomočjo stimulacije ali zdravil. Ampak, omenjena švicarska študija je vsa ta znanja uporabila na nov, edinstven način. »Novo je to, da so posnete možganske signale s pomočjo brezžične tehnologije lahko poslali, in to kljub poškodovani hrbtenjači, zatem pa še »povedali« drugemu delu te tehnologije, naj pošlje signale za reaktivacijo prej paraliziranega dela telesa.

 

Kiborgi v prihodnosti

 

Področje vmesnikov med možgani in računalnikom se spreminja tako hitro, da lahko pomemben preboj zamudiš že s pomežikom očesa. V zadnjih letih so namreč ti omogočili uporabo spleta na tablici preko možganskih valov, prijemanje predmetov s pomočjo robotskih rok in nadzor drugih naprav. Vse pri paraliziranih pacientih. Prav tako so dokazali, da so vsadki, ki so direktno stimulirali hrbtenjačo, povrnili gibe nog pri pacientih (za povezavo do članka klikni tukaj).

 


Foto: Trenutni vmesniki med možgani in hrbtenjačo paralize še ne ozdravijo, pomagajo pa pri rehabilitaciji pri manjših poškodbah hrbtenjače.
Vir: www.cbc.ca

Kljub vsemu temu napredku je Courtine-ova študija posebna. Hoja je namreč zelo težka. Večina takih raziskav se je tako osredotočala na zgornji del telesa. »Motorika pri hoji je kar kompleksna. To ni samo premikanje nog, ampak kontrola ravnotežja, koordinacija gibov med obema nogama. Povrnitev gibov noge prinese s sabo druge težavnosti kot povrnitev funkcij dlani«, pravi Jackson. Courtine je še bolj direkten: »Hoja je vse ali nič«.

 

Če pacient s pomočjo prostetikov ne hodi normalno, bo raje ostal v vozičku. Kar vodi v drugo, prav tako impresivno stvar pri tem sistemu. Pri brezžični varianti pacienti več niso vezani na drago opremo z milijoni žic. Še računalnika kmalu ne bo zraven. »Edini razlog, da je računalnik še prisoten, je to, da nam daje več  fleksibilnosti pri spreminjanju algoritmov«, pravi Tomislav Milekovic, še en od avtorjev študije. Pri ljudeh si on zamišlja direktno komunikacijo med možgani in vsadkom na hrbtenjači. Signala torej ne bi »peljali« iz telesa.

 

Sicer pa bo zahtevnejše iti iz opic na ljudi. Mi uporabljamo dva uda za hojo, opice vse štiri. In poškodbe v »resničnem življenju« so veliko bolj kompleksne kot operativno natančno prerezana hrbtenjača, ki prizadane samo eno nogo. Tako tudi pri nepopolnih poškodbah še veliko živcev preživi, kateri bi lahko vodili ta cel sistem. »Zdi se izvedljivo, da bi podobna tehnika povrnila hojo pri pacientih z obema paraliziranima nogama«, pravi Jackson. In sodeč po njem, bi to lahko prišlo prej, kot si lahko mislite.

 

Pravi, da vidimo hiter prehod med prvimi poskusi na opicah, pa do kliničnih poskusov na ljudeh, ponavadi 4-5 let. Če se bo trend nadaljeval, bi lahko videli prve človeške poskuse že nekje leta 2020. Courtine in ekipa so v bistvu že začeli testirati stimulator na osmih pacientih, vezanih na voziček. Po izboljšavah sledi še optimizacija možganskega vsadka in povezava obeh delov med sabo. »Mnogo, mnogo izzivov nas čaka v naslednjem desetletju za izboljšanje celega sistema. Ampak vsi smo zelo zavzeti k temu koraku naprej«.

 

Pridem.si

 

 

Viri:

http://www.cbc.ca/news/technology/brain-spine-interface-1.3843265

http://www.independent.co.uk/news/science/paralysed-monkeys-walk-again-brain-spine-interface-a7408281.html

https://www.nytimes.com/2016/11/10/science/wireless-brain-spine-connection-paralysis.html?_r=0

https://www.pri.org/stories/2016-12-03/paralyzed-monkey-can-walk-again-thanks-wireless-brain-computer-interface

http://www.reuters.com/article/us-health-spinal-monkeys-idUSKBN13435T

https://singularityhub.com/2016/11/23/artificial-spinal-cord-wirelessly-restores-walking-in-paralyzed-monkeys/

 

 

 

 

 

 

Komentarji:

Oddaj nov komentar