Tetraplegia, czyli porażenie czterokończynowe, pojawia się w wyniku uszkodzenia rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym. Choć naukowcy prowadzą badania nad metodami przywrócenia ciągłości włókien nerwowych w rdzeniu, wciąż nie udało się opracować sposobu na skuteczne przywrócenie pełni władzy w kończynach, stąd też rokowania co do poprawy stanu zdrowia są praktycznie zerowe. Zespół naukowy ze Szkoły Medycyny (SOM) i Laboratorium Fizyki Stosowanej (APL) Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa opracowali interfejs mózg-komputer, za pomocą którego można kontrolować zaawansowane kończyny prostetyczne.

“Staramy się umożliwić osobie z tetraplegią korzystanie z bezpośredniego interfejsu neuronowego do jednoczesnego sterowania dwoma urządzeniami pomocniczymi, a jednocześnie także odczuwanie dotyku, gdy urządzenia te kontaktują się z obiektami w otoczeniu – mówi dr Brock Wester, współautor badania. – Ma to znaczący wpływ na możliwość przywrócenia pacjentom z wysokimi urazami rdzenia kręgowego i chorobami nerwowo-mięśniowymi zdolności do wszystkiego, co wyobrażamy sobie, że mogliby chcieć zrobić, aby odzyskać niezależność: zawiązać buty, złapać i rzucić piłkę, wycisnąć pastę do zębów na szczoteczkę. Do tego wszystkiego naprawdę potrzeba współpracy dwóch rąk.”

Te przełomowe odkrycia są najnowszym osiągnięciem w programie Rewolucyjnej Protetyki (RP) uruchomionym w 2006 roku przez amerykańską Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności (DARPA). Miał on na celu poprawę technologii protez kończyn górnych oraz zapewnienie ich użytkownikom nowych technik ich obsługi. Oryginalna wizja programu PR polegała na stworzeniu zintegrowanej neuronalnie protezy kończyny górnej, która miałaby zdolności podobne do ludzkich. Zaowocowało to powstaniem Modułowej Kończyny Prostetycznej (MPL, Modular Prosthetic Limb).

“Po zintegrowaniu nowych funkcji MPL, takich jak znajdujące się w palcach czujniki siły, przyspieszenia, poślizgu i ciśnienia, zaczęliśmy zadawać sobie pytanie: jaki jest najlepszy sposób na przekazanie tych informacji uczestnikom naszych badań, aby mogli wchodzić w interakcje ze środowiskiem tak samo, jak ludzie sprawni fizycznie? – mówi dr Francesco Tenore, współautor badania.”

Oprócz opracowania MPL, w trakcie programu zajęto się też możliwością wykorzystania sygnałów neuronowych, aby umożliwić kontrolę systemów protetycznych w czasie rzeczywistym. Wstępne badania w zakresie kontroli neuronalnej zostały przeprowadzone z udziałem zespołu z University of Pittsburgh i California Institute of Technology / Rancho Los Amigos i koncentrowały się na kontroli pojedynczej kończyny, co udało się osiągnąć trzem uczestnikom po kilkumiesięcznym treningu. Sukces ten położył podwaliny pod dalsze badania.

W styczniu tego roku odbyła się pierwsza w swoim rodzaju operacja, podczas której do mózgu pacjenta wszczepiono czujniki z mikroelektrodami w obszarach kontrolujących ruch i odbierających bodźce dotykowe. Dzięki nowo opracowanej metodzie mapowania aktywności mózgu w czasie rzeczywistym możliwe było wybranie najlepszej lokalizacji tych elektrod w trakcie zabiegu. Zespół przeprowadził też kilka ocen sygnałów neuronowych uzyskanych z obszarów motorycznych, a także zbadał, co czuje pacjent, gdy stymulowane są obszary reprezentujące dłoń w jego mózgu. Wyniki tych testów świadczą o tym, że pacjenci są w stanie otrzymać więcej informacji dotyczących protezy bądź środowiska, z którym chodzi ona w interakcje.

“Po raz pierwszy nasz zespół był w stanie wykazać zdolność osoby do odczuwania stymulacji mózgu dostarczanej jednocześnie do obu półkul – mówi dr Matthew Fifer, współautor badania. – Pokazaliśmy, w jaki sposób stymulacja ośrodków prawego i lewego palca w mózgu może być skutecznie kontrolowana poprzez fizyczny kontakt z palcami MPL.”

“Ostatecznie, ponieważ jest to pierwszy na świecie implant dwustronny, chcemy być w stanie wykonywać ruchy wymagające użycia obu rąk, a także pozwolić użytkownikowi na postrzeganie interakcji z otoczeniem tak, jakby pochodziły one z jego własnych rąk – mówi dr Tenore. – Nasz zespół będzie kontynuował szkolenie z naszym uczestnikiem w celu rozwijania zdolności motorycznych i sensorycznych, a także w celu zbadania potencjału kontroli innych urządzeń, które mogłyby zostać wykorzystane do rozszerzenia osobistych lub zawodowych możliwości użytkownika.”

“Te zmiany są kluczowymi komponentami niezbędnymi dla przyszłych technologii interfejsu mózg-maszyna, związanych między innymi z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, udarem mózgu, chorobą Lou Gehriga i wszystkich mających na celu przywrócenie człowiekowi funkcjonowania – mówi dr Adam Cohen, współautor badania.”

Na nagraniu pochodzącym z komunikatu prasowego Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa przedstawiona jest sesja treningowa z protezami kończyn górnych.

Bibliografia:
https://www.jhuapl.edu/PressRelease/191016

Dodaj komentarz