Wi-Fi исцелил паралич

Парализованную макаку поставили на ноги при помощи беспроводного импланта.

Беспроводный имплант впервые поставил на ноги и заставил ходить парализованную обезьяну. Успех ученых, о котором пишут мировые сми, возможно, даст надежду тысячам инвалидам по всему миру.

Каждый раз, когда мы двигаемся, головной мозг посылает электрические сигналы по спинному мозгу, а тот передает их по нервным волокнам мышцам, заставляя их сокращаться. Когда спинной мозг оказывается поврежден, эта передача нарушается, что в конечном итоге приводит к параличу. Пока что он практически неизлечим — операционные вмешательства, фармакологическая и мануальная терапия помогают далеко не во всех случаях. По оценкам ВОЗ, травмы спинного мозга ежегодно получают от 250 до 500 тысяч человек. Часто эти травмы приводят к инвалидности.

Но ученые и нейроинженеры из Брауновского университета в США, Федеральной политехнической школы Лозанны и компаний Fraunhofer ICT-IMM и Medtronic нашли способ восстановить подвижность парализованных конечностей. Они разработали нейроимплант, который позволяет вернуть нарушенную связь между мозгом и позвоночником. Идея использовать электронные импланты для восстановления поврежденных нейронных связей появилась еще в 1970-е, но только в XXI веке удалось достичь значительного прогресса в этой области.

Интерфейс «мозг-позвоночник» использует имплантированную в мозг матрицу электродов, сенсор размером с таблетку. Он считывает сигналы моторной коры и по беспроводной связи, аналогичной wi-fi, передает их компьютеру. Компьютер декодирует сигналы, обрабатывает с помощью специального математического алгоритма и передает к электрическому стимулятору, имплантированному в поясничном отделе позвоночника, ниже области повреждения. О разработке подробно рассказывается в журнале Nature.

Технология была разработана в сотрудничестве с университетом Кейс Вестерн Резерв, Массачусетской больницей общего профиля, Медицинским центром по делам ветеранов в Провиденсе и Стэнфордским университетом. Ранее ее уже тестировали в Брауновском институте — на испытаниях люди с параличом верхних конечностей могли управлять робо-рукой буквально силой мысли, думая о движениях, которые совершили бы.

Сначала специалисты имплантировали электроды и передатчик в мозг здоровых макак-резусов.

Сигналы, передаваемые сенсором на компьютер, позволили создать «карту» движений ног макак.

Также они показали, что алгоритм способен точно предсказывать состояния мозга, связанные с расширением и сокращением мышц ног.

«Делая это с помощью беспроводной связи мы смогли составить карту нейронной активности в нормальных условиях и при естественном поведении, — рассказывает Дэвид Бортон, один из авторов исследования. — Если мы действительно стремимся к нейропротезированию, которое однажды можно будет использовать, чтобы помогать людям в их повседневной активности, такие не имеющие ограничений технологии записи будут иметь решающее значение».

К собственному пониманию того, как сигналы мозга влияют на двигательную активность, исследователи добавили спинальные карты, разработанные в Политехнической школе Лозанны. В картах содержалась информация о «горячих точках» в позвоночнике, ответственных за контроль опорно-двигательного аппарата. Это позволило выявить нервные контуры, которые должен был стимулировать позвоночный имплант.

Решающим шагом стал эксперимент на двух макаках с повреждениями, охватывающими половину спинного мозга в грудном отделе позвоночника. По словам исследователей, при таких повреждениях контроль над конечностями восстанавливается примерно в течение месяца. Команда проводила эксперимент сразу после повреждения, когда ни о каком контроле еще и речи идти не могло.

После включения системы, животные начали самопроизвольно двигать ногами во время ходьбы на беговой дорожке. «Вся команда вопила в комнате, когда мы это увидели, — делится Грегори Куртин, профессор из Политехнической школы Лозанны. До этого ему доводилось видеть много провалившихся экспериментов по восстановлению двигательной активности.

— Это первый случай, когда с помощью нейротехнологий удалось восстановить двигательную функцию у приматов».

Ритм движений был неидеален, но макаки не волочили ноги и движения были достаточно скоординированы, чтобы поддерживать и перемещать тело животного. Кинематическое сравнение со здоровой контрольной группой показало, что больные макаки с помощью стимуляции мозга были в состоянии воспроизводить почти нормальные движения конечностей.

Как подчеркивают исследователи, для тестов на людях требуется проделать еще немало работы — сигналы человеческого мозга декодировать сложнее. Они рассказывают про ряд ограничений в исследовании.

Например, хотя система успешно передает сигналы от мозга к позвоночнику, ей недостает способности донести сенсорную информацию к мозгу. К тому же, команде не удалось проверить, какое давление макаки были в состоянии применить к пораженной ноге: хотя было очевидно, что конечность способна вынести некоторый вес, не было понятно, какой именно. Кроме того, сенсор не был связан с группой нейронов, отвечающих за ритмическую координацию — именно поэтому походка макак была несколько неустойчивой.

«В более полном исследовании мы хотели бы произвести больше вычислений того, как животное держит равновесие во время ходьбы и измерить, сколько усилий оно способно приложить», — делится планами Бортон.

Тем временем профессор Куртин проводит в госпитале Лозанны клинические испытания имплантов несколько иного рода. Они представляют собой генераторы электрических импульсов, крепящиеся к нижним позвонкам. В мозг электроды не имплантируются, так что контролировать движения самостоятельно участники эксперимента не могут.

Исследователи надеются, что в будущем эти разработки помогут поставить на ноги тысячи пациентов по всему миру.

Источник https://www.gazeta.ru/

There are no comments

Add yours

Отменить ответ

Comment

Name

Email

Url

Введите код с картинки (CAPTCHA) *