משהו פשוט כמו להרים כוס תה דורש הרבה מאוד פעולה מהגוף שלך. שרירי הזרוע שלך יורים כדי להזיז את היד שלך לכיוון הכוס. שרירי האצבעות שלך יורים כדי לפתוח את היד ואז לכופף את האצבעות סביב הידית. שרירי הכתפיים שלך מונעים מהזרוע שלך לצאת מהכתף ושרירי הליבה שלך מוודאים שלא להתהפך בגלל המשקל הנוסף של הכוס. כל השרירים האלה צריכים לירות בצורה מדויקת ומתואמת, ובכל זאת המאמץ המודע היחיד שלך הוא המחשבה: "אני יודע: תה!"
זו הסיבה שכל כך קשה לאפשר לאיבר משותק לזוז שוב. רוב השרירים המשותקים עדיין יכולים לעבוד, אבל התקשורת שלהם עם המוח אבדה, כך שהם לא מקבלים הוראות לירות. עדיין איננו יכולים לתקן נזקים בחוט השדרה ולכן פתרון אחד הוא לעקוף אותו ולספק את ההוראות לשרירים באופן מלאכותי. ובזכות פיתוח הטכנולוגיה לקריאה ופרשנות של פעילות המוח, הוראות אלה יכולות יום אחד לבוא ישירות ממוחו של המטופל.
אנו יכולים לגרום לשרירים משותקים לירות על ידי גירוי באמצעות אלקטרודות הממוקמות בתוך השרירים או סביב העצבים המספקים אותם, טכניקה הידועה בשם גירוי חשמלי תפקודי (FES). בנוסף לסייע לאנשים משותקים לזוז, הוא משמש גם לשיקום תפקוד שלפוחית השתן, לייצר שיעול יעיל ולהקלה על הכאבים. זוהי טכנולוגיה מרתקת שיכולה לעשות הבדל גדול בחייהם של אנשים הסובלים מפגיעה בחוט השדרה.
דימיטרה בלנה ועמיתיה בקייל עובדים על התאמת הטכנולוגיה הזו עם הסט המורכב של הוראות הדרושות להפעלת זרוע. אם אתה רוצה לקחת את כוס התה, אילו שרירים צריכים לירות, מתי ובכמה? הוראות הירי מסובכות, ולא רק בגלל מספר גדול של שרירי הליבה, הכתף, הזרוע והאצבע המעורבים. כאשר אתה שותה לאט את התה שלך, ההוראות האלה משתנות, מכיוון שמשקל הכוס משתנה. כדי לעשות משהו אחר, כמו לגרד את האף, ההוראות שונות לחלוטין.
במקום פשוט לנסות דפוסי ירי שונים על השרירים המשותקים בתקווה למצוא אחד שעובד, אתה יכול להשתמש מודלים ממוחשבים של מערכת השלד והשרירים כדי לחשב אותם. מודלים אלה הם תיאורים מתמטיים של האופן שבו שרירים, עצמות ומפרקים פועלים ואינטראקציה במהלך התנועה. בסימולציות אתה יכול להפוך את השרירים לחזקים או חלשים יותר, "משותקים" או "מגורים חיצונית". אתה יכול לבדוק דפוסי ירי שונים במהירות ובבטחה, ואתה יכול לגרום לדגמים להרים את כוסות התה שלהם שוב ושוב - לפעמים בהצלחה יותר מאחרים.
דוגמנות השרירים
כדי לבדוק את הטכנולוגיה, הצוות של Keele עובד עם מרכז FES של קליבלנד בארה"ב, שם הם משתילים עד 24 אלקטרודות לתוך השרירים והעצבים של משתתפי המחקר. הם משתמשים בדוגמנות כדי להחליט היכן למקם את האלקטרודות מכיוון שיש יותר שרירים משותקים מאשר אלקטרודות במערכות ה- FES הנוכחיות.
אם אתה צריך לבחור, האם עדיף לעורר את subscapularis או את supraspinatus? אם אתה מעורר את עצב בית השחי, האם עליך למקם את האלקטרודה לפני או אחרי הענף אל הטרס מינור? כדי לענות על שאלות קשות אלה, הם מפעילים סימולציות עם קבוצות אלקטרודות שונות ובחר את זה שמאפשר לדגמי המחשב לבצע את התנועות היעילות ביותר.
{youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}
נכון לעכשיו, הצוות עובד על הכתף, המייצבת על ידי קבוצת שרירים הנקראת השרוול הסובב. אם אתה טועה בהוראות הירי לזרוע, היא עלולה להגיע לכף המרק במקום לסכין החמאה. אם אתה מקבל את ההוראות למגף הסיבוב שגוי, הזרוע עלולה לצאת מהכתף. זה לא נראה טוב לדגמי המחשב, אבל הם לא מתלוננים. משתתפי המחקר יהיו פחות סלחניים.
הידיעה כיצד להפעיל שרירים משותקים כדי לייצר תנועות שימושיות כמו אחיזה היא רק מחצית מהבעיה. כמו כן, עלינו לדעת מתי להפעיל את השרירים, למשל כאשר המשתמש רוצה להרים חפץ. אפשרות אחת היא לקרוא מידע זה ישירות מהמוח. לאחרונה, חוקרים בארה"ב השתמש בשתל כדי להאזין לתאים בודדים במוחו של אדם משותק. מכיוון שתנועות שונות קשורות לדפוסים שונים של פעילות המוח, המשתתף הצליח לבחור אחת מתוך שש תנועות מתוכנתות מראש שנוצרו אז על ידי גירוי של שרירי הידיים.
קורא את המוח
זה היה צעד מרגש קדימה לתחום התותבות העצביות, אך נותרו אתגרים רבים. באופן אידיאלי שתלים במוח צריכים להחזיק מעמד במשך עשרות שנים רבות - נכון לעכשיו קשה להקליט את אותם האותות אפילו במשך מספר שבועות ולכן יש לכייל מחדש מערכות אלה באופן קבוע. שימוש עיצובים חדשים של שתלים or אותות מוח שונים עשוי לשפר את היציבות לטווח הארוך.
כמו כן, שתלים מקשיבים רק לחלק קטן ממיליוני התאים השולטים בגפיים שלנו, כך שטווח התנועות שניתן לקרוא הוא מוגבל. למרות זאת, שליטה מוחית בגפיים רובוטיות עם מספר דרגות חופש (תנועה, סיבוב ותפיסה) הושגה והיכולות של טכנולוגיה זו מתקדמות במהירות.
לבסוף, התנועות החלקות והלא מתאמצות שלרוב אנו לוקחים כמובן מאליו מונחות על ידי משוב חושי עשיר שאומר לנו היכן זרועותינו נמצאות בחלל ומתי קצות האצבעות נוגעות באובייקטים. עם זאת, אותות אלה יכולים ללכת לאיבוד גם לאחר פציעה חוקרים עובדים על שתלי מוח שעשויים להחזיר יום אחד את התחושה ואת התנועה.
כמה מדענים משערים שטכנולוגיה של קריאת מוח יכולה לסייע לאנשים בעלי כושר גופני לתקשר ביעילות רבה יותר עם מחשבים, טלפונים ניידים ואפילו ישירות למוחות אחרים. עם זאת, זה נשאר תחום המדע הבדיוני ואילו שליטה מוחית ליישומים רפואיים הופכת במהירות למציאות קלינית.
אודות הסופרים
דימיטרה בלנה, עמיתת מחקר בהנדסה ביו -רפואית, אוניברסיטת קיל
אנדרו ג'קסון, עמית מחקר בכיר ב- Wellcome Trust, אוניברסיטת ניוקאסל
מאמר זה פורסם במקור ב שיחה. קרא את מאמר מקורי.
ספרים קשורים
at InnerSelf Market ואמזון
