Elektroniczny implant mózgowy, który działa jak „cyfrowy pomost” między mózgiem a rdzeniem kręgowym, umożliwił 40-letniemu mężczyźnie z przewlekłym porażeniem czterokończynowym samodzielne stanie i chodzenie.
„Opracowaliśmy bezprzewodowy cyfrowy most między mózgiem a rdzeniem kręgowym, który przywracał normalną kontrolę ruchów kończyn dolnych podczas stania i chodzenia po skomplikowanym terenie po sparaliżowaniu spowodowanym urazem rdzenia kręgowego” – stwierdzili naukowcy. „Ponadto neurorehabilitacja pośredniczyła w poprawie neurologicznej, która utrzymywała się nawet po zamknięciu mostu”.
Uraz rdzenia kręgowego zakłóca komunikację między mózgiem a obszarem rdzenia kręgowego, który kontroluje chodzenie, co następnie prowadzi do paraliżu. [https://apps.who.int/iris/handle/10665/94192;
Nat Rev Dis Primer 2017;3:17018]
Następnie grupa naukowców pracowała nad przywróceniem tego połączenia za pomocą cyfrowego mostu między mózgiem a rdzeniem kręgowym.
Interfejs mózg-kręgosłup (BSI) składa się z całkowicie wszczepionych systemów rejestracji i stymulacji, które tworzą bezpośrednie połączenie między sygnałami korowymi a analogową modulacją elektrycznej stymulacji zewnątrzoponowej ukierunkowanej na obszary rdzenia kręgowego zaangażowane w proces chodu. [Nature 2018;563:65-71; Nat Med 2022;28:260-271;
Nature 2022;611:540-547]
„Wysoce niezawodna kalibracja BSI jest wykonywana w ciągu kilku minut” – stwierdzili naukowcy. „Ta niezawodność pozostała stabilna przez rok, w tym podczas samodzielnego użytkowania w domu”.
Według pacjenta, Holendra Gerta-Jana Oskama, który uszkodził rdzeń kręgowy w wypadku rowerowym 12 lat temu, BSI umożliwiło mu normalną kontrolę ruchów nóg, aby mógł stać, chodzić, wchodzić po schodach, a nawet negocjować. złożona topografia. Neurorehabilitacja wspierana przez BSI również poprawiła jego powrót do zdrowia neurologicznego. [Nature 2023;618:126-133; https://t.ly/5-Ht]
Warto zauważyć, że Oscam odzyskał zdolność chodzenia o kulach nad ziemią, nawet gdy BSI było wyłączone. Ten cyfrowy most tworzył szkielet, który przywracał normalną kontrolę nad ruchem po paraliżu.
Cyfrowy mostek
Naukowcy zbudowali ten cyfrowy most, integrując dwa w pełni wszczepialne systemy, które bezprzewodowo rejestrują aktywność korową i stymulację rdzenia kręgowego w odcinku lędźwiowo-krzyżowym w czasie rzeczywistym. W niestandardowy zestaw słuchawkowy wbudowane są również dwie anteny zewnętrzne, aby zapewnić niezawodne połączenie z implantami.
Pierwsza antena kontroluje wszczepione urządzenie poprzez sprzężenie indukcyjne (wysoka częstotliwość, 13,56 MHz). Druga antena ultrawysokiej częstotliwości (UHF, 402–405 MHz) przesyła sygnały elektrokortykograficzne do przenośnej stacji bazowej i jednostki przetwarzającej, która na podstawie tych sygnałów generuje prognozy intencji motorycznych online.
Zdekodowane intencje silnika są następnie konwertowane na polecenia, które są przekazywane do dedykowanego programu działającego na tej samej jednostce przetwarzającej.
„Te polecenia są dostarczane do wszczepialnego generatora impulsów ACTIVA RC, który jest powszechnie używany do głębokiej stymulacji mózgu u pacjentów z chorobą Parkinsona” – stwierdzili naukowcy. „Ulepszyliśmy ten implant o bezprzewodowe moduły komunikacyjne, które umożliwiły regulację w czasie rzeczywistym miejsca i czasu elektrostymulacji zewnątrzoponowej z opóźnieniem około 100 milisekund”.
Poznaj urządzenie
infekcja podskórna l Staphylococcus aureus W wszczepie korowym naukowcy sondowali urządzenie 167 dni po wszczepieniu, ale drugi implant nie wykazywał oznak infekcji i pozostał na swoim miejscu iw pełni funkcjonalny.
„Po rekonwalescencji po operacji i antybiotykoterapii… neurorehabilitacja i codzienne użytkowanie mogą być kontynuowane zgodnie z protokołem” – stwierdzili naukowcy. „Nowy implant korowy wykonano 9 marca 2023 r.”
W szczególności pozostaje niejasne, czy urządzenie będzie działać w innych miejscach infekcji i ich ciężkości, ponieważ walidacja tego cyfrowego mostu była ograniczona do jednej osoby. Jednak naukowcy są optymistami, że to podejście będzie miało zastosowanie do innych osób z porażeniem, jak sugeruje kilka obserwacji. [J Neural Eng 2021;18:056026;
J Neural Eng 2022;19:026021]
„Odkrywca. Entuzjasta muzyki. Fan kawy. Specjalista od sieci. Miłośnik zombie.”
More Stories
Nowy raport WHO pokazuje, jak miasta przyczyniają się do postępu w zapobieganiu chorobom niezakaźnym i urazom
Naukowcy identyfikują „najlepszy punkt” bezpiecznej operacji po zawale serca
Badanie wykazało, że 20% dzieci chorych na zapalenie płuc nie otrzymuje antybiotyków