Η ανάπτυξη βιονικών συσκευών «ελεγχόμενων από το μυαλό» έφτασε ένα ακόμη βήμα πιο κοντά σήμερα με τη δημοσίευση του α Έγγραφο Nature Biotechnology περιγράφοντας πώς ένα μικροσκοπικό στεντ μήκους 3 εκατοστών που περιέχει 12 ηλεκτρόδια θα μπορούσε μια μέρα να βοηθήσει τους ανθρώπους που ζουν με τραυματισμό του νωτιαίου μυελού να περπατήσουν με τη δύναμη της σκέψης.

Η συσκευή, που ονομάζεται «stentrode», εισάγεται στη σφαγίτιδα φλέβα του λαιμού και ωθείται προς τα επάνω στη φλέβα μέχρι να φτάσει στον κινητικό φλοιό του εγκεφάλου, ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη μυϊκή δραστηριότητα.

Συμμετείχα στην ομάδα 39 ατόμων που ανέπτυξε και δοκίμασε τη συσκευή και τώρα σχεδιάζουμε μια κλινική δοκιμή το επόμενο έτος στη Βικτώρια.

Πώς λειτουργεί;

Η θέση του stentrode, παράλληλα με τον κινητικό φλοιό, του επιτρέπει να λαμβάνει νευρικά σήματα που ξεκινούν την κίνηση. Στέλνει αυτά τα σήματα 12 microlead σε μια διεπαφή υπολογιστή.

Το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης. Πηγή

Εδώ, τα σήματα μεταφράζονται σε πληροφορίες που θα μπορούσαν να χειριστούν οτιδήποτε, από ένα βιονικό προσθετικό μέλος έως έναν εξωσκελετό ολόκληρου σώματος, έναν εξωτερικό σκελετό τύπου μετασχηματιστή.

Η εργασία βασίζεται σε προηγούμενη έρευνα, η οποία το 2002 βρήκε οι πίθηκοι μπορούσαν να μετακινήσουν έναν δρομέα υπολογιστή με τη δύναμη της σκέψης. Αυτό έδειξε ότι ήταν θεωρητικά δυνατός ο έλεγχος ενός βιονικού άκρου χρησιμοποιώντας μόνο τη σκέψη.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν συσκευές ηλεκτροδίων, όπως το Συστοιχία ηλεκτροδίων Γιούτα, και τα εμφύτευσε χειρουργικά ακριβώς κάτω από το κρανίο στον φλοιό των ανθρώπων. Αυτές οι συσκευές παρήγαγαν εκπληκτικά αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένων των ικανότητα για παράλυτους ασθενείς να χειριστεί ένα απομακρυσμένο βιονικό μέλος, εντελώς διαχωρισμένο από το σώμα, και να πιει μια γουλιά καφέ. Αυτές οι συσκευές εξακολουθούν να αναπτύσσονται από μια εταιρεία που ονομάζεται BrainGate.

Ωστόσο, η εισαγωγή αυτών των συσκευών απαιτεί μεγάλη χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο που ενέχει κινδύνους μόλυνσης και απόρριψη του ανοσοποιητικού συστήματος. Οι χειρουργικά εμφυτευμένες συστοιχίες ηλεκτροδίων μπορούν επίσης να προκαλέσουν φλεγμονή του εγκεφάλου και να υποστούν υποβάθμιση της ποιότητας του σήματος για έξι μήνες έως ένα χρόνο.

Το stentrode στοχεύει να ξεπεράσει αυτά τα προβλήματα. Με το να κάθεται μέσα στα αγγεία του εγκεφάλου, το stentrode ενσωματώνεται στο τοίχωμα του αγγείου, προστατεύοντάς το από τα κύτταρα του ανοσοποιητικού του εγκεφάλου. Οι προκλινικές μελέτες μας δείχνουν ότι ο εγκέφαλος σηματοδοτεί ότι η λήψη stentrode γίνεται πιο καθαρή και ισχυρότερη με τον καιρό καθώς λαμβάνει χώρα αυτή η ενσωμάτωση αιμοφόρων αγγείων.

Επόμενο βήμα: εμφύτευση ασθενών

Οι πρώτοι ασθενείς που θα λάβουν τα εμφυτεύματα stentrode θα είναι άτομα που έχουν υποστεί τραυματισμό στη σπονδυλική στήλη και κατέληξαν με τετραπληγία.

Πριν λάβουν το εμφύτευμα, οι ασθενείς θα υποβληθούν σε λειτουργική μαγνητική τομογραφία. Θα τους ζητηθεί να φανταστούν να κινούν το χέρι τους αριστερά και δεξιά, πάνω και κάτω και να φανταστούν να κινούν το χέρι τους προς στόχους σε μια οθόνη υπολογιστή.

Αυτό θα δημιουργήσει έναν εικονικό χάρτη του κινητικού φλοιού στον οποίο μπορούν να επιδιώξουν οι χειρουργοί κατά τη διάρκεια της επέμβασης εμφύτευσης στεντρόδης, για να διασφαλίσουν ότι η συσκευή υπερκαλύπτει την κατάλληλη περιοχή του κινητικού φλοιού.

Στη συνέχεια, ο εγκέφαλος του ίδιου του ασθενούς θα ξεκινήσει ένα παράδειγμα μάθησης, πολύ παρόμοιο με την εκμάθηση να παίζει ένα όργανο ή μια νέα κινητική δεξιότητα. Οι νευρώνες στον κινητικό φλοιό θα πυροδοτηθούν ως απόκριση στη σκέψη του ασθενούς, η οποία στη συνέχεια θα μεταφραστεί σε κίνηση ενός δρομέα, βιονικού άκρου ή εξωσκελετού.

Αρχικά αυτές οι κινήσεις θα είναι σπασμωδικές, ασυντόνιστες και θα έχουν λανθασμένο αποτέλεσμα. Αλλά μέσω μιας διαδικασίας δοκιμής και λάθους, οι νευροπλαστικές ιδιότητες του εγκεφάλου θα του επιτρέψουν να βελτιώσει τη νευρική δραστηριότητα, επιτρέποντας τελικά συντονισμένες δραστηριότητες όπως η κατανάλωση ενός καφέ ή το περπάτημα με τη βοήθεια ενός εξωσκελετού.

Άλλες πιθανές χρήσεις

Το εξαιρετικά διακλαδισμένο αγγειακό σύστημα του εγκεφάλου σημαίνει ότι το στεντρόδιο θα μπορούσε ενδεχομένως να εναποτεθεί σε άλλα αγγεία για τη θεραπεία μιας ποικιλίας ασθενειών.

Έχει τη δυνατότητα να προβλέψει τις επιληπτικές κρίσεις, για παράδειγμα, εάν τοποθετηθεί στην περιοχή του εγκεφάλου που προκαλεί τις κρίσεις. Η νευρική δραστηριότητα του εγκεφάλου αλλάζει με προβλέψιμο τρόπο πριν από την έναρξη μιας κρίσης. Το stentrode θα μπορούσε να λάβει αυτά τα ενδεικτικά προειδοποιητικά σήματα, ειδοποιώντας τον ασθενή να σταματήσει οποιεσδήποτε δραστηριότητες που θα τον έθεταν ή άλλους σε κίνδυνο, όπως η οδήγηση ή το κολύμπι.

Το stentrode θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή νευροδιέγερσης. Οι τρέχουσες θεραπείες για τη νόσο του Πάρκινσον περιλαμβάνουν διέγερση βαθιάς εγκεφάλου (DBS) για την απελευθέρωση της ντοπαμίνης που απαιτείται για ομαλές, συντονισμένες κινήσεις. Η χρήση του stentrode ως εναλλακτικού διεγέρτη θα ανακουφίσει το κινδύνους εμφύτευσης διεγερτικών βαθιά στον εγκέφαλο.

Η συσκευή θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει άτομα με νόσο των κινητικών νευρώνων (MND) που δεν έχουν την ικανότητα να κινούνται, να μιλάνε, να τρώνε και τελικά να αναπνέουν. Στο στάδιο όπου οι άνθρωποι χάνουν την ικανότητα επικοινωνίας, το stentrode θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να παρέχει μια διεπαφή για τον έλεγχο ενός υπολογιστή. Αυτό θα μπορούσε να τους δώσει πολύτιμους μήνες ή χρόνια όπου μπορούν να συνεχίσουν να επικοινωνούν με τους αγαπημένους τους.

Οι πρώτες κλινικές δοκιμές του stentrode σε ανθρώπους έχουν προγραμματιστεί για το 2017. Με την προϋπόθεση ότι θα δούμε τα αναμενόμενα αποτελέσματα, ελπίζουμε ότι μια εμπορικά διαθέσιμη έκδοση της τεχνολογίας θα είναι διαθέσιμη στο πρώτο μισό της δεκαετίας του 2020.

Εν τω μεταξύ, ένας στόχος είναι να προστεθούν περισσότερα ηλεκτρόδια, επιτρέποντας καλύτερο έλεγχο στους παράλυτους ασθενείς όχι μόνο να περπατούν ξανά, αλλά να αποκτούν λεπτές κινήσεις των δακτύλων. Θα μπορούσαμε να δούμε μια μέρα έναν «παραλυμένο» βιρτουόζο βιολιού; Μπορούμε να δοκιμάσουμε.