Förlamningspatienter återfår känsla, muskelkontroll genom hjärnmaskinen


Förlamningspatienter återfår känsla, muskelkontroll genom hjärnmaskinen

En studie publicerad i Vetenskapliga rapporter Avslöjar att åtta personer med ryggmärgsskador - varav många har lamrats i flera år - har återupplevt partiell känsla och muskelkontroll i sina underdelar efter träning med hjärnstyrd robotik.

En dataskärm i Dr. Miguel Nicolelis lab visar hjärnaktiviteten hos en apa med hjälp av ett gränssnitt för hjärnmaskinen.

Bildkrediter: Shawn Rocco / Duke Health

Forskningen är en del av "Walk Again Project" i São Paulo, Brasilien, som arbetar med personer som har upplevt ryggmärgsskada som följd av kollisionspåverkan, fall och annat trauma som förlamade underbenen. Programmet syftar till att hjälpa deltagarna att återfå styrka, rörlighet och självständighet.

Walk Again Project är ett samarbete med mer än 100 forskare från 25 länder. Deras kombinerade ansträngning möjliggjorde en man med förlamning att sparka en fotboll under öppningsceremonin för världscupen 2014 i São Paulo med hjälp av en hjärnstyrd robot exoskelett.

Ledd av Duke University neuroscientist Dr Miguel Nicolelis, medordförande i Duke Center for Neuroengineering, följer forskningen från tidigare studier av Dr. Nicolelis och undersöker hur populationer av hjärnceller representerar sensorisk och motorisk information och hur de genererar beteende, inklusive rörelser Av övre och nedre extremiteterna.

Tidigare studier banade vägen för hjärnmaskinanvändning hos människor

I en studie registrerade Dr. Nicolelis hjärnaktivitet hos råttor som utbildades för att dra en robothävarm för att få en sipp vatten med hjälp av hjärnimplanterade mikroelektroder. Med hjälp av ett gränssnitt mellan hjärnmaskinen fick råttorna lära sig att reglera hävarmen med endast sin hjärnaktivitet.

En annan studie såg rhesus apor som lär sig att kontrollera robotar och en animerad version av sig själva på en digital skärm, samt flytta rullstolar mot en skål druvor med hjärnaktivitet ensam. Rhesus aporna lärde sig också att gå på en löpband med robotben kontrollerade av sina hjärnor.

Dessa experiment med råttor och primater fastställde en modell för arbete hos humana patienter, varigenom hjärnaktivitet registrerades hos patienter när de använde en hand för att gripa en boll med varierad kraft.

"Det är viktigt att förstå hur hjärnan koder för rörelse", säger Dr. Nicolelis. "Vi upptäckte principer om hur hjärnan fungerar som vi inte skulle ha upptäckt utan att komma in i hjärnan."

"Ingen förväntade att vi skulle se vad vi har hittat, vilket är partiell neurologisk återhämtning av sensorimotoriska och viscerala funktioner", tillägger han.

Målet med den nya forskningen var att bana väg för förbättrad protetik och hjärnstyrda enheter för personer som är allvarligt fysiskt utmanade.

Återhämtning tidigare osynlig hos långvariga förlamningspatienter

Använda hjärnmaskingränssnitt, inklusive ett virtuellt verklighetssystem, använde patienterna sin hjärnaktivitet för att simulera full kontroll över benen. I början av rehabilitering hade fem deltagare lamrats i minst 5 år och två hade lamrats i mer än ett decennium.

"Det som vi visar i detta dokument är att patienter som använde ett gränssnitt för hjärnmaskinen under en längre tid upplevde förbättringar i motoriskt beteende, taktila känslor och viscerala funktioner under nivån av ryggmärgsskada", förklarar Dr. Nicolelis.

"Hittills har ingen sett återhämtning av dessa funktioner i en patient så många år efter att ha diagnostiserats med fullständig förlamning," tillägger han.

Enligt doktor Nicolelis hade deltagarna en ärm som var utrustad med beröringsteknik som kallades haptisk återkoppling för att berika upplevelsen och träna sina hjärnor. Haptics använder varierande vibrationer för att erbjuda taktil återkoppling, precis som de surrande stötarna eller backbackarna känner sig genom en handhållen kontroller.

"Den taktila återkopplingen är synkroniserad och patientens hjärna skapar en känsla av att de går ensam, inte med hjälp av enheter", säger Dr. Nicolelis. "Det framkallar en illusion att de känner och rör sina ben. Är att genom att göra detta inducerade vi plasticitet inte bara på kortikal nivå utan också på ryggmärgen."

Diagnos förbättrades från fullständig till partiell förlamning

De åtta patienterna spenderade minst 2 timmar i veckan med hjälp av hjärnmaskingränssnitt, eller enheter som styrs av deras hjärnsignaler. Efter några månaders träning observerade forskarna hjärnaktiviteten som de förväntade sig när patienter tänkte på att flytta sina ben.

"I grunden återupptog träningen representationen av underbenen i patientens hjärnor", säger Dr. Nicolelis.

Efter ett års träning förändrades känslan och muskelkontrollen hos fyra patienter tillräckligt mycket för att läkare uppgraderade sina diagnoser från fullständig till partiell förlamning.

Blåskontroll och tarmfunktion förbättrades också hos patienterna, vilket reducerade både deras beroende av laxermedel och katetrar och risken för infektioner som är vanliga hos patienter med kronisk förlamning och en ledande orsak till dödsfall.

"En tidigare studie har visat att en stor procentandel av patienter som diagnostiseras med fullständig paraplegi kan fortfarande få vissa ryggnerven kvar i intakt", säger Dr. Nicolelis.

Dessa nerver kan gå tyst i många år eftersom det inte finns någon signal från cortex till musklerna. Över tiden kan träning med hjärnmaskingränssnittet ha återupplivat dessa nerver. Det kan vara ett litet antal fibrer som förblir, men detta kan vara tillräckligt för att förmedla signaler från hjärnans motortikala område till ryggmärgen."

Dr Miguel Nicolelis

Forskarna har tillhandahållit videor av tekniken och patienterna för att illustrera deras framsteg.

Framtida försök kommer att fokusera på patienter med ny ryggmärgsskada för att avgöra om snabbare behandling kan leda till snabbare och bättre resultat.

Läs om hur ett hjärnimplantat hjälpte en förlamad man att kontrollera sin hand och fingrar.

Chapter 21 - Dracula by Bram Stoker - Dr. Seward's Diary (Video Medicinsk Och Professionell 2019).

Avsnitt Frågor På Medicin: Medicinsk praktik