מדענים השתמשו ב"ממשק מוח-עמוד שדרה "אלחוטי כדי לעקוף פגיעות בעמוד השדרה בזוג מקוקי רזוס, והחזיר את תנועת ההליכה המכוונת לרגל משותקת זמנית.

החוקרים אומרים שזו הפעם הראשונה בה נעשה שימוש בתותבת עצבית להחזרת תנועת ההליכה ישירות לרגליהם של פרימטים לא אנושיים.

"המערכת שפיתחנו משתמשת באותות שתועדו מקליפת המוח המוטורית של המוח כדי לעורר גירוי חשמלי מתואם של עצבים בעמוד השדרה שאחראים על תנועה", אומר דייוויד בורטון, פרופסור להנדסה באוניברסיטת בראון ומחבר מוביל משותף. של המחקר. "עם הפעלת המערכת, בעלי החיים במחקר שלנו היו בעלי תנועה כמעט רגילה."

העבודה יכולה לסייע בפיתוח מערכת דומה המיועדת לבני אדם שסבלו מפגיעות בעמוד השדרה.

להקים תקשורת מחדש

"ישנן עדויות המצביעות על כך שמערכת גירוי עמוד השדרה הנשלטת על ידי המוח עשויה לשפר את השיקום לאחר פגיעה בחוט השדרה", אומר בורטון. "זהו צעד לעבר בדיקה נוספת של אפשרות זו."

גרגואר קורטיין, פרופסור באקול פוליטכניק פדרלה לוזאן (EPFL) שהוביל את שיתוף הפעולה, החל ניסויים קליניים בשוויץ לבדיקת עמוד השדרה של הממשק. הוא מסייג: "לפנינו אתגרים רבים ויכולים לחלוף מספר שנים עד שניתן יהיה לבדוק את כל מרכיבי ההתערבות הזו אצל אנשים."

הליכה אפשרית בגלל יחסי גומלין מורכבים בין נוירונים במוח ובחוט השדרה. אותות חשמליים שמקורם בקליפת המוח המוטורית של המוח עוברים לאזור המותני בחוט השדרה התחתון, שם הם מפעילים נוירונים מוטוריים המתאמים את תנועת השרירים האחראיים להארכת הרגל ולהגמשה.

פגיעה בעמוד השדרה העליון יכולה לנתק את התקשורת בין המוח לחוט השדרה התחתון. גם קליפת המוח המוטורית וגם נוירונים בעמוד השדרה עשויים להיות פונקציונליים לחלוטין, אך הם אינם מסוגלים לתאם את פעילותם. מטרת המחקר הייתה להקים מחדש חלק מאותה תקשורת.

ממשק המוח-עמוד השדרה משתמש במערך אלקטרודות בגודל גלולה המושתל במוח כדי להקליט אותות מהקורטקס המוטורי. טכנולוגיית החיישנים פותחה בחלקה לשימוש חקירי בבני אדם על ידי שיתוף הפעולה של BrainGate, צוות מחקר שכולל את בראון, אוניברסיטת קייס ווסטרן רזרב, בית החולים הכללי של מסצ'וסטס, המרכז הרפואי פרובידנס ואוניברסיטת סטנפורד.

הטכנולוגיה משמשת בניסויים קליניים מתמשכים של פיילוט, ושימשה בעבר ב ללמוד בראשות הנוירו-מהנדס בראון ליי הוכברג, בו אנשים עם טטרפלגיה הצליחו להפעיל זרוע רובוטית פשוט על ידי מחשבה על תנועת היד שלהם.

נוירו-סנסור אלחוטי, שפותח במעבדת הנוירו-הנדסה של פרופסור בראון ארטו נורמיקו על ידי צוות שכלל את בורטון, שולח את האותות שנאספו על ידי שבב המוח באופן אלחוטי למחשב שמפענח אותם ושולח אותם בחזרה אל ממריץ עמוד השדרה החשמלי המושתל במותן. עמוד השדרה, מתחת לאזור הפציעה. גירוי חשמלי זה, המועבר בתבניות המתואמות על ידי המוח המפוענח, מאותת לעצבי עמוד השדרה השולטים בתנועה.

כדי לכייל את פענוח אותות המוח, החוקרים השתילו את חיישן המוח והמשדר האלחוטי במקוקים בריאים. לאחר מכן ניתן למפות את האותות המועברים על ידי החיישן על תנועות הרגליים של בעלי החיים. הם הראו כי המפענח הצליח לחזות במדויק את מצבי המוח הקשורים להארכה ולכיפוף של שרירי הרגליים.

אלחוטי הוא קריטי

היכולת להעביר אותות מוחיים באופן אלחוטי הייתה קריטית לעבודה זו, אומר בורטון. מערכות חושי מוח קוויות מגבילות את חופש התנועה, מה שמגביל בתורו את חוקרי המידע שמסוגלים לאסוף על תנועה.

"פעולה זו באופן אלחוטי מאפשרת לנו למפות את הפעילות העצבית בהקשרים רגילים ובמהלך התנהגות טבעית", אומר בורטון. "אם אנו מכוונים באמת לנוירו-פרוטטיקה שיכולה להתבצע מתישהו בכדי לעזור לחולים אנושיים במהלך פעילויות חיי היומיום, טכנולוגיות הקלטה כאלה שאינן קשורות יהיו קריטיות."

לעבודה הנוכחית, שפורסם ב טבעהחוקרים שילבו את הבנתם כיצד האותות המוחיים משפיעים על תנועה עם מפות עמוד השדרה, שפותחה על ידי המעבדה של קורטין ב- EPFL, שזיהתה את הנקודות החמות העצביות בעמוד השדרה האחראיות לשליטה בתנועה. זה איפשר לצוות לזהות את המעגלים העצביים שצריכים להיות מגורה על ידי השתלת עמוד השדרה.

עם חתיכות אלה במקום, החוקרים בדקו את המערכת כולה על שני מקוקים עם נגעים שהשתרעו על מחצית חוט השדרה בעמוד השדרה החזי שלהם. החוקרים אומרים כי מקקים עם פגיעה מסוג זה מחזירים בדרך כלל את השליטה התפקודית ברגל הפגועה במשך כחודש בערך. הצוות בדק את המערכת שלהם בשבועות שלאחר הפציעה, כאשר עדיין לא הייתה בקרה רצונית על הרגל הפגועה.

הממצאים מראים כי עם הפעלת המערכת החיות החלו להזיז את רגליהן באופן ספונטני תוך כדי הליכה על הליכון. השוואות קינמטיות עם בקרות בריאות הראו כי המקוקים הנגעים, בעזרת גירוי מבוקר מוח, הצליחו לייצר דפוסי תנועה כמעט נורמליים.

למרות שהדגמה שהמערכת עובדת בפרימאט לא אנושי הוא צעד חשוב, החוקרים הדגישו כי יש לעשות הרבה יותר עבודה כדי להתחיל בבדיקת המערכת בבני אדם. הם גם הצביעו על מספר מגבלות במחקר.

למשל, בעוד שהמערכת בה השתמשה במחקר זה העבירה בהצלחה אותות מהמוח לעמוד השדרה, היא חסרה את היכולת להחזיר מידע חושי למוח. הצוות גם לא הצליח לבדוק כמה לחץ בעלי החיים הצליחו להפעיל על הרגל הפגועה. אמנם היה ברור שהגפה נושאת משקל מסוים, אבל מהעבודה הזו לא היה ברור כמה.

"במחקר תרגום מלא נרצה לבצע כימות רב יותר לגבי מידת האיזון של החיה במהלך ההליכה ולמדוד את הכוחות שהם מסוגלים להפעיל," אומר בורטון.

למרות המגבלות, המחקר מהווה את הבמה למחקרים עתידיים אצל פרימטים, ובשלב מסוים, פוטנציאל ככלי עזר לשיקום בבני אדם.

"יש אמירה במדעי המוח שמעגלים שיורים יחד מחברים יחד", אומר בורטון. "הרעיון כאן הוא שעל ידי מעורבות המוח וחוט השדרה יחד, נוכל אולי לשפר את צמיחת המעגלים במהלך השיקום. זו אחת המטרות העיקריות בעבודה זו ומטרה בתחום זה בכלל. "

המימון הגיע מתוכנית המסגרת השביעית של הקהילה האירופית, הקרן הבינלאומית למחקר בפרפלגיה, החל ממועצת המחקר האירופית, מרכז ויס ב ז'נבה מלגת מארי קירי, מלגות מארי קורי COFUND EPFL, מלגת מדטרוניק מורטון קיור שיתוק, NanoTera.ch התוכנית, המרכז הלאומי לכשירות במחקר ברובוטיקה סינרגיה, שיתוף פעולה בין סין למדע וטכנולוגיה שוויצרית והקרן הלאומית למדע שוויצרית.

מקור: אוניברסיטת בראון

{youtube}pDLCuCpn_iw{/youtube}

ספרים קשורים:

at InnerSelf Market ואמזון