Die ontwikkeling van 'mind-managed' bioniese toestelle het vandag nog 'n stap nader beweeg met die publikasie van 'n Natuurbiotegnologie-vraestel wat beskryf hoe 'n klein, 3cm-lange stent wat 12-elektrodes bevat, eendag mense wat met rugmurgbeserings leef, kan help om met die gedagtegang te loop.

Die toestel, die “stentrode” genoem, word in die nier van die nek in die nek geplaas en die aar opgestoot totdat dit die motoriese korteks van die brein bereik, wat verantwoordelik is vir spieraktiwiteit.

Ek was deel van die 39-span wat die toestel ontwikkel en toets, en ons beplan nou volgende jaar 'n kliniese proef in Victoria.

Hoe werk dit?

Die posisie van die stentrode, langs die motoriese korteks, stel dit in staat om neurale seine te ontvang wat beweging inisieer. Dit stuur die seine van 12-mikrolenare af na 'n rekenaar-koppelvlak.

Die Universiteit van Melbourne. Bron

Hier word die seine vertaal in inligting wat enigiets kan manipuleer van 'n bioniese prostetiese ledemaat tot 'n eksoskelet van die hele liggaam, 'n eksterne skelet van die transformator-tipe.

Die werk bou voort op vorige navorsing, wat in 2002 gevind is ape kan 'n rekenaarwyser skuif met die krag van denke. Dit het getoon dat dit teoreties moontlik was om 'n bioniese ledemaat met behulp van gedagtes alleen te beheer.

Vervolgens het navorsers elektrode-toestelle gebruik, soos die Utah elektrode skikking, en chirurgies ingeplant net onder die skedel in die korteks by mense. Hierdie toestelle het ongelooflike resultate gelewer, waaronder die vermoë vir verlamde pasiënte om 'n afgeleë bioniese ledemaat te bedien, heeltemal geskei van die liggaam, en 'n slukkie koffie te neem. Hierdie toestelle word nog ontwikkel deur 'n maatskappy genaamd BrainGate.

Die invoeging van hierdie toestelle benodig egter breinchirurgie wat die risiko van infeksie en immuunverwerping inhou. Chirurgies ingeplante elektrode-skikkings kan ook breinontsteking veroorsaak en oor ses maande tot 'n jaar agteruitgang van die seingehalte hê.

Die stentrode het ten doel om hierdie probleme te oorkom. Deur in die vaskulatuur van die brein te sit, word die stentrode in die vaatwand opgeneem en dit beskerm teen die immuunselle van die brein. Ons prekliniese studies wys dat die brein seine dat die stentrode optel, mettertyd skoner en sterker word namate hierdie bloedvatinlywing plaasvind.

Volgende stap: inplanting van pasiënte

Die eerste pasiënte wat die stentrode-inplantings ontvang, is mense wat 'n ruggraatbesering opgedoen het en met quadriplegia beland het.

Voordat die inplantaat ontvang word, sal pasiënte funksionele MRI-skandering ondergaan. Daar sal van hulle gevra word om hulle voor te stel om hul arm van links en regs, op en af ​​te skuif, en hulle voor te stel om hul hand na teikens op 'n rekenaarskerm te beweeg.

Dit sal 'n virtuele kaart lewer van die motoriese korteks waarna chirurge kan mik gedurende die stentrode-inplantingsoperasie om te verseker dat die toestel oor die toepaslike gebied van die motoriese korteks lê.

Dan sal die pasiënt se eie brein 'n leerparadigma begin, baie soortgelyk aan die leer van 'n instrument, of 'n nuwe motoriese vaardigheid. Neurone in die motoriese korteks sal brand na aanleiding van die gedagte van 'n pasiënt, wat dan vertaal word in 'n beweging van 'n wyser, 'n bioniese ledemaat of 'n eksoskelet.

Aanvanklik sal hierdie bewegings ruk, ongekoördineerd wees en die verkeerde resultaat lewer. Maar deur 'n proses van beproewing en foute, laat die brein se neuroplastiese eienskappe toe om die neurale aktiwiteit te verfyn en uiteindelik gekoördineerde aktiwiteite soos 'n koffie te drink of met 'n eksoskelet te stap.

Ander moontlike gebruike

Die sterk vertakte vaatstelsel van die brein beteken dat die stentrode moontlik in ander vate gedeponeer kan word om 'n verskeidenheid siektes te behandel.

Dit het die potensiaal om epileptiese aanvalle te voorspel, byvoorbeeld as dit in die breinstreek geplaas word wat aanleiding gee tot die aanvalle. Die neurale aktiwiteit van die brein verander op voorspelbare maniere voor die aanval van 'n aanval. Die stentrode kan hierdie waarskuwingstekens van die verhaal optel en die pasiënt in kennis stel om enige aktiwiteite wat hulle of ander in gevaar sou stel, soos ry of swem, te stop.

Die stentrode kan ook gebruik word as 'n neurostimulasie-apparaat. Huidige terapieë vir Parkinson-siekte sluit diep-breinstimulasie (DBS) in om die dopamien wat nodig is vir gladde, gekoördineerde bewegings vry te stel. Deur die stentrode as 'n alternatiewe stimulator te gebruik, sal dit verlig word risiko's van die inplanting van stimulators diep in die brein.

Die toestel kan ook mense met motorneuronsiekte (MND) help wat beroof word van die vermoë om te beweeg, praat, eet en uiteindelik asemhaal. In die stadium waar mense die vermoë om te kommunikeer verloor, kan die stentrode gebruik word om 'n koppelvlak te bied vir mense om 'n rekenaar te beheer. Dit kan hulle kosbare maande of jare gee waar hulle kan voortgaan om met hul geliefdes te kommunikeer.

Die eerste menslike kliniese proewe van die stentrode is geskeduleer vir 2017. Mits ons die verwagte resultate sien, hoop ons dat daar in die eerste helfte van die 2020's 'n kommersiële weergawe van die tegnologie beskikbaar sou wees.

Intussen is die doel om meer elektrodes by te voeg, sodat fyner beheer vir verlamde pasiënte nie net weer kan loop nie, maar fyn vingerbewegings kry. Kon ons eendag 'n "verlamde" vioolvirtuoos sien? Ons kan probeer.