Felç ve Beyin Bypass Cerrahisi

Beyin-bilgisayar arabirimi teknolojisindeki bilimsel atılımlar, felçlerin üstesinden gelmek için yeni bir umut kaynağı olabilir.

En son ilerlemede sekiz yıl önce felç olmuş, kuadriplejisi olan bir adam kolunun fonksiyonel hareketini geri kazandı.

AdvertisementAdracement

Tıp tarihinde bir ilk olan bu teknolojiyi kullanarak eliyle beslendi.

Ohio'daki Case Western Reserve Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, 28 Mart'ta İngiliz tıp dergisi Lancet'de bulgularını açıkladı.

Case Western, girişimci Elon Musk'un (Tesla elektrikli otomobil ve roket şirketi SpaceX'in) benzer bir teknoloji geliştirmeyi planladığını açıklamasından bir gün sonra yapıldı.

The Wall Street Journal'daki bir rapora göre, Musk'un "sinir danteli", bir kişinin beynini doğrudan bir bilgisayar ile ilişkilendirecek.

Bu arada, Ohio State Üniversitesi (OSU) bilim adamları Felipe sahip bir hasta ile çalışıyor ve Case Western'deki teknolojiye benzer bir teknoloji geliştirdiler.

advertisingAdvertisement

OSU ekibi, Ohio'daki medikal cihazlar üreten kar amacı gütmeyen bir kuruluş olan Battelle Anıt Enstitüsü'nde bilim adamlarıyla teknolojiyi geliştiriyor.

Devamını oku: Felç olan insanlara yardım eden iskelet hareketi tekrar yürüyor »

Beyin sinyallerinin kodunun çözülmesi

Durum Batı bilim adamları, bisiklet kazasında yaralanan 53 yaşında bir kuadriplejili Bill Kochevar'la çalışıyorlar.

Araştırmacılar beyin sinyallerini çözen ve elinde ve kolundaki hareketi tekrar kazanmasına yardımcı olan kolundaki algılayıcılara ileten bir nöro-protez yerleştirdiler.

Üniversitenin İşlevsel Elektriksel Uyarım Merkezi (FES) Merkezi Müdürü olan Case Western Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Başkanı Robert Kirsch, araştırmanın kıdemli yazarıdır.

AdvertisementAdracement

Bu atılımı büyük bir adım olarak nitelendirdi.

"Birinin hareket niyetlerini kaydetmek ve ardından kendi hareketlerini bu hareketleri yapmak için fizibilite gösterdik" dedi.

Sadece kolunu hareket ettirmeyi düşünüyor ve kolu istediği gibi hareket ediyor. Case Western Reserve Üniversitesi

Bolu Ajiboye, Case Western'de biyomedikal mühendisliği asistan profesörü olan Kirsch'in meslektaşı Bolu Ajiboye ve Louis Stokes Cleveland Gaziler İdaresi Tıp Merkezi'nde araştırma görevlisi, teknolojinin nasıl çalıştığını açıkladı.

"Bozulmamış kişilerde normal hareket, motor korteksin, omurilikten geçen elektrik sinyalleri olarak temsil edilen bir hareket komutu üretmesi ve ardından uygun kasları aktive etmesinden dolayı ortaya çıkıyor" şeklinde konuştu. Healthline'a verdiği demeçte, O, omurilik yaralanması, bu elektriksel uyarıların kaslara ulaşmasını engellediğini açıkladı, ancak orijinal hareketi komutu, beyindeki elektriksel aktivite modellerinde hala doğru bir şekilde kodlandı.

AdvertisementAdvertisement

"Sistemimiz elektriksel hareket örneğini beyin implantı ile kaydeder ve felç olan kişinin amaçladığı bir hareket komutu haline getirmek için matematiksel algoritmalar kullanır. Bu komut, hareketi üretmek için doğru gruptaki kaslara uygulanan bir elektriksel uyarı desenine dönüştürülür. Bay Kochevar'a süreç kesintisiz ve görünmez durumda. Onun sözleriyle, kolunu hareket ettirmeyi düşündüğünü ve kol hareketlerini planladığını söylüyor. "

Ajiboye, bu yeni teknolojinin ne olmadığını da belirtti.

Science, hasar görmüş bir omurgayı, doku mühendisliği ve yeniden büyümeyle başarısız olarak "düzeltmek" için birçok kez teşebbüs ettiğini söyledi.

"Ajanlar, hücre terapilerini kullanarak omuriliği tekrar büyütmenin ve yeniden kurmanın bir yolunu bulmak için bilim insanlarının ilgisini çekmeyi isteriz" dedi. "Bununla birlikte, mevcut yaklaşımımız, hareketi üretmek için hareket sinyallerini beyinden doğru kas grubuna sokmak için omurga yaralanmasını önlemek için teknolojiyi kullanıyor. "

Felç olan kişilerin fonksiyonlarını tekrar kazanmasına yardımcı olan diğer teknolojiler, genellikle seslerini ve göz hareketlerini kullanarak kontrol edebilen veya başlarını hareket ettirerek kontrol edebilen cihazlarla sınırlıdır.

Advertising Advertisement

Ancak, bu cihazlardan hiçbiri kendi ekstremitesini kontrol etmeye izin vermiyor.

"Cihazımız bir kullanıcının kendi kolunu yalnızca düşünerek hareket etmesine izin veriyor" diye açıklıyor Ajiboye. "Sistemin felci tersine çevirmek yerine omurga yaralanmasını önlediğini açıkça belirtmek isterim. Sistem olmadan kullanıcı hala felç olur ve bu sistemin kullanılmasının sonunda omurganın yeniden büyümesine neden olacağı veya sistem olmadan hareket etme kabiliyetine yeniden girileceğine dair bir kanıt bulunmamaktadır. "

Devamını oku: İmplant felçli kişilerin ekstremitelerini tekrar kullanmalarına yardımcı olur»

Teknoloji nasıl çalışır

Case Western teknolojisi neden benzersizdir?

Sistem, felç edilen kasları elektrikle harekete geçirmek için hem bir beyin-implant bilgisayar arabirimini FES sistemi ile ilk kullanan kişidir.

Bundan önce, bilim adamları felce uğramış birtakım kişileri tedavi ettiler, ancak yalnızca bir yaklaşımla ya da diğeri ile.

Kochevar, bu kombine teknolojiyi ilk gören kişi.

Ajiboye, birçok araştırma grubunun beyni arayüz sistemini insanlarla ve insanlık dışı primatlarla kullandığını söyledi. Her iki test grubu da imleçleri bir bilgisayar ekranında hareket ettirme veya robot kollarını hareket ettirme gibi görevleri yerine getirebildiler.

"Son 25-30 yıl arasındaki FES Merkezi, ayakta durma, yürüme, nefes alma ve el ve kol hareketi de dahil olmak üzere bir dizi fonksiyonu yerine getirmek için omurilik hasarına sahip insanlara FES sistemi yerleştirdi" dedi.

Kochevar, Case Western araştırma projesine 2014'te katıldı. O, o yılın Aralık ayında beyin implantlarını aldı.2015'te Kirsch, Ajiboye ve meslektaşları kollarını ve ellerini kaslarına elektrot yerleştirdiler.

Kochevar beyin sinyallerini farklı cihazları kontrol etmek üzere aktive etmeyi öğrendi.

"Ajiboye, ilk önce kendi koluyla aynı hareketleri yapmayı hayal ederken, önce bilgisayar ekranında sanal bir kol hareketi izledik" dedi. "Bu, sinirsel aktivitenin kalıplarını yarattı. Daha sonra, sinirsel aktivitenin üretilen modellerini sanal kol hareketlerinin yönleriyle ilişkilendiren bir sinirsel kod çözücü, matematiksel bir algoritma geliştirdik. Ajiboye, daha sonra, sinir şifre çözücüsü tarafından yorumlanan beyin sinyallerinin desenleri üretmek suretiyle Kochevar'ın sanal kolunu kontrol ettirdiğini belirtti.

Kochevar sanal kolu hassas bir şekilde çalışma alanındaki belirli hedeflere taşımak için eğitim aldı. Ajiboye, bilim adamları beyindeki sanal kol kontrolünü niceleyerek hemen kontrol edebildiğini keşfetti. Buna ek olarak, Kochevar nispeten hızlı bir şekilde, hedef doğruluğun yüzde 95 ila 100'ü arasında bir başarı oranına ulaştı.

Son olarak, bilim adamları, Kochevar'ın kolunu iki aşamalı bir süreçle FES stimülasyonuyla hareket ettirme girişiminde bulundu.

"Elle elektrik stimülasyonuyla kolunu hareket ettirdik ve ona kol hareketlerini kontrol ettiğini hayal etmelerini emrettik" dedi Ajiboye. "Yine, bu, sinirsel kod çözücümüzü inşa etmek ve hassaslaştırmak için kullandığımız, istenen nöral etkinlik kalıplarını üretmemize yardımcı oldu. Elektrik sinyalleriyle yeniden canlandırılan kendi kolunun hareketlerini komuta etmek için son sinir şifre çözücüyü kullanmasını istedik. İsteğe bağlı olarak kolunu anında hareket ettirebildi ve artan kullanımla kademeli olarak daha iyi hale geldi. "[999] Case Western tarafından yayınlanan bir videoda Kochevar," Kolumu hareket ettirmeyi düşündüğümden şaşırdım, çünkü yaptı. Onu yukarı ve aşağı hareket ettirebilirim. "

Kochevar'ın uzun süreli felç olması üzerine, kasları başlangıçta zayıftı ve kolayca yoruluyordu. Ajiboye dedi.

Kas gücünü ve yorgunluğa direncini artırmak için ekip beyin arayüz sistemi olmadan elektrik stimülasyonunu kullanarak günde birkaç saat boyunca kaslarını "egzersiz" yaptı.

Zamanla, bu elektrikle uyarılan egzersiz, kas gücünü ve sistemin yorgunluk olmadan daha uzun süre kullanılması yeteneğini artırdı.

Devamını oku: İnsan kendi beyin dalgalarını kullanarak yürüme kabiliyetine kavuştu. »

Beyin-bilgisayar arabirimleri

Ohio State'in yeniliği, Batılı yenilikler gibi, yıllarca süren felçten sonra kuadriplegili bir adama elini kullanmasına yardımcı oldu.

Araştırma ekibi, Nöroşirurji ve Sinirbilimi profesörü Dr. Ali Rezai'nin başkanlığında ve üniversitenin Wexner Tıp Merkezi'nde Nöromodülasyon Merkezi Direktörü tarafından yönetildi.

Hasta, Ian Burkhart, dalış kazasında 19 yaşında şiddetli bir omurilik hasarı geçirdi. Onu, omuzlarında ve bisepsinde az işlev ve hareketle bıraktı; dirseklerinden elini koluna çevirdi.

"Ekibimiz, hasar görmüş omuriliği baypaslayan, beyindeki omurilik yaralanması ve kuadriplejisi olan bir hastaya ve beş yıllık bir işlevi olmayan bir hastaya, düşüncelerini taşımak için yalnızca düşüncelerini kullanmasına izin veren bir beyin-bilgisayar ara yüzü teknolojisi geliştirdi. cansız elin hayatta kalmasına ve isteksizce kontrol altına alınmasına "dikkat çekti. Rezai, Healthline'a verdiği demeçte;

24 yaşındaki Ian Burkhart, felçli elini kullanarak bir gitar video oyunu oynarken Battelle'den Nick Annetta'ı izliyor. Image Kaynak: Ohio State Üniversitesi Wexner Tıp Merkezi / Battelle

Nisan 2014'te Rezai, Burkhart'ın beyninin motor korteksinin yüzeyinde kalem silgisinin başının büyüklüğünde bir mikroçip yerleştirdi. Çipin 96 mikro elektrotu bireysel nöronların atışlarını kaydetti.

Rezai ve meslektaşları, Burkhart'ın elini kaldırmak istediğinde ortaya çıkan beyin faaliyetlerini kaydeden ve analiz eden sinir baypas sistemi geliştirdiler.

Hasar görmüş omuriliği atlayarak ve beyinden kas sinirlerine olan bağlantıyı bozduktan sonra, sistem Burkhart'ın beyn sinyalini harici bir giysi kılıfıyla birleştiriyor Rezai.

Bu, Burkhart'ın elini kaldırmasını sağlar.

"Beyin implantları düşüncelerle bağlantılı beyin sinyallerini kaydeder ve yorumlar ve kaslarını kontrol etmek için onları harici bir giyilebilir kol giysisine bağlar," Rezai açıkladı. "Bu bir nöromüsküler uyarım sistemi. Hareket etme niyeti ile ilgili düşünceler - örneğin el açma - milisaniyeler içinde gerçek işlevsel el hareketi ile bağlantılı ve bağlantılıdır. "

Harici giyilebilir kol giysi ve stimülasyon sisteminin ilk nesli süper esnek hidrojelden oluşan 160'a kadar uyarıcı elektrota sahip - farklı şekillere uyan yüksek çözünürlüklü, yüksek çözünürlüklü elektron dizisi - ve önkol gibi konturlar. "

Giysi kol, eldiven, çorap, pantolon, kemer, kafa bandı ve diğer form faktörlerine dönüştürülebilir.

"Kahve karışımını karıştırmak, diş fırçası kullanmak veya video oyunu oynamak için yumuşak bir biçimde hareketlerin yapılmasına izin vermek için önemli karmaşıklık ve koordinasyon gerekiyor" dedi. "Bu makine öğrenme algoritması, hareketleri kaba ve bozuk hareketlerden düzgün ve akışkan hareketlere dönüştürüyor. "

Devamını oku: Biyonik teknoloji, kas kontrolünü iyileştirmeye yardımcı olur"

Gelecek için İyimserlik

Son gelişmeleri gözlemleyen sinirbilimciler etkilendim ve iyimser.

California, San Francisco Üniversitesi, İntegratif Sinir Bilimi Merkezi'ndeki Philip Sabes Laboratuvarında kıdemli doktora sonrası çalışan doktor olan Joseph O'Doherty, beyin-bilgisayar arayüzü teknolojisinde bu son gelişmeleri "çığır açıcı" olarak nitelendiriyor. "

" Bu araştırma, felç edilen ekstremitelerin, yalnızca düşünceyle - günlük yaşam için önemli olan koordine edilmiş ve çok eklemli hareketlerin yeniden sağlanması için, ulaşılması, kavranması, yemesi ve içilmesi için yeniden canlandırılabileceğini gösteriyor "diye belirtti Healthline. "Bu, benzer terapilerin yakında klinik dışında benimsenmesini sağlayabileceği ihtimalini ortaya çıkaran bir ilke kanıtı gösterisidir. "Bilim adamları beyin-bilgisayar arayüzleri üzerinde, bir şekilde ya da başka bir biçimde, 1960'lı yılların sonundan beri çalışıyor, diye belirtti. Alan, bilgisayar işaretçilerinin kontrolünden hareketli tekerlekli sandalyelere ve robot kollarına ilerlemiş; şimdi, uzuvlar üzerinde gönüllü kontrolü yeniden kurmuştur.

O'Doherty, "Omurilik yaralanması, dokunuş hissini ve hareket kabiliyetini genellikle bozuyor" dedi. "Ekstremite sansasyonlarını düzeltmek nöroprotezlerin sıvı ve doğal hareketlere izin veren önemli bir öğesi olacaktır. "" Kablosuz teknolojideki birçok gelişmelere, batarya teknolojisine, materyal bilimlerine ve daha pek çok gelişmelere paralel olarak, bu yeni sonuç, "geri getirilmesi için nöroprostetik cihazlar hakkında çok iyimserlik kazanıyor" diye ekledi. hareket ve sansasyon yaygın olarak kullanılmaya başlandı. "

Bu yenilikler felç veya diğer fiziksel engeller ile yaşayan birçok hastaya umut ve hareket restorasyonu ve artan bağımsızlık potansiyelini sunuyor. Ohio Eyalet Üniversitesi Wexner Tıp Merkezi'nden Dr. Ali Rezai Rezai, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 12.000 kişinin her yıl bir omurilik yaralanması yaşadığını ve 300 bin kişi motorlu araç kazaları, travma, spor yaralanmaları gibi yaralanmalarla yaşıyor dedi ve düşer.

Yüzde 1'ten daha azı tam anlamıyla iyileşmeyi sağlıyor ve çoğu bağımlılık derecesi sınırlı olmak üzere çeşitli destekleyici ve uyarlanabilir teknolojilere dayanan eksiklikler içeriyor.

"Bu yenilikler felç veya diğer fiziksel engeller yaşayan birçok hastaya umut ve hareket restorasyonu ve artan bağımsızlık potansiyeli sunuyor" dedi. "Motor iyileştirmelerine ek olarak, bu teknoloji duyu açıkları, kronik ağrı, konuşma, inme, bilişsel, kaygı ve davranışsal etkilere sahip kişiler için potansiyel etkilere sahiptir. "Rezai, yakında fiziksel, duyusal, bilişsel ve diğer engelli olanların daha işlevsel olma, daha fazla bağımsızlık kazanma ve daha iyi bir yaşam kalitesi olma şansına sahip olmasını umduğunu söyledi.

"Hedefimiz, bu teknolojinin daha az invaziv olmasını sağlamak, cihazın boyutunu küçültmek, sensörleri küçültmek, sistemi kablosuz hale getirmek ve sistemi laboratuvarda yerine evde sunmaktır" dedi.

Case Western ekibi, sistemini teknolojik olarak ilerletmek için de çalışıyor.

"Ajiboye, kullanıcıyı kayıt bilgisayarı setine bağlayan kabloyu değiştirmek için kablosuz bir beyin arabirimi geliştirmemiz gerektiğini" söyledi. "Uzun ömür için beyin implantını geliştirmemiz, kayıt edebildiğimiz nöron sayısını arttırmamız ve tamamen yerleştirilmiş bir beyin arayüzü ve fonksiyonel elektrik stimülasyon sistemi geliştirmemiz gerekiyor. “