Bagaimana Implan Otak Boleh Membawa Orang Lumpuh Pindah Lagi

Sesuatu yang mudah seperti mengambil secawan teh memerlukan banyak tindakan yang besar dari tubuh anda. Otot lengan anda terbakar untuk menggerakkan lengan anda ke arah cawan. Tekanan otot jari anda untuk membuka tangan anda kemudian bengkokkan jari anda di sekeliling pemegang. Otot bahu anda memegang lengan tangan anda daripada muncul dari bahu anda dan otot teras anda pastikan anda tidak hujung kerana berat tambahan cawan. Semua otot ini mesti terbakar dengan cara yang tepat dan teratur, namun usaha anda sendiri adalah pemikiran: "Saya tahu: teh!"

Inilah sebabnya mengapa membolehkan anggota lumpuh bergerak lagi sukar. Kebanyakan otot lumpuh masih boleh berfungsi, tetapi komunikasi mereka dengan otak telah hilang, jadi mereka tidak menerima arahan untuk api. Kita masih belum dapat memperbaiki kerosakan pada korda tunjang sehingga salah satu penyelesaian adalah memintasnya dan memberikan petunjuk kepada otot-otot buatan. Dan terima kasih kepada perkembangan teknologi untuk membaca dan menafsirkan aktiviti otak, arahan ini dapat datang dari arah seorang pesakit langsung.

Kita boleh membuat kebakaran otot lumpuh dengan merangsang mereka dengan elektrod yang diletakkan di dalam otot atau di sekeliling saraf yang membekalkannya, teknik yang dikenali sebagai rangsangan elektrik berfungsi (FES). Selain membantu orang lumpuh bergerak, ia juga digunakan untuk memulihkan fungsi pundi kencing, menghasilkan batuk yang berkesan dan memberikan kelegaan sakit. Ia adalah teknologi yang menarik yang boleh membuat perubahan besar kepada kehidupan orang yang mengalami kecederaan saraf tunjang.

Dimitra Blana dan rakan-rakannya di Keele sedang berusaha untuk menyesuaikan teknologi ini dengan set kompleks arahan yang diperlukan untuk mengendalikan tangan. Sekiranya anda ingin mengambil teh secukupnya, yang mana otot perlu dibakar, bila dan berapa banyak? Arahan penembakan adalah rumit, dan bukan hanya kerana sejumlah besar inti, bahu, lengan dan otot jari yang terlibat. Apabila anda perlahan-lahan minum teh anda, arahan itu berubah, kerana berat cawan berubah. Untuk melakukan sesuatu yang berbeza, seperti menggaru hidung anda, arahannya sama sekali berbeza.

Daripada mencuba pelbagai coretan pada otot lumpuh dengan harapan dapat mencari yang berfungsi, anda boleh menggunakannya model komputer sistem muskuloskeletal untuk mengira mereka. Model-model ini adalah perihalan matematik tentang bagaimana otot, tulang dan sendi bertindak dan berinteraksi semasa pergerakan. Dalam simulasi, anda boleh membuat otot kuat atau lemah, "lumpuh" atau "dirangsang secara eksternal". Anda boleh menguji corak penembakan yang berbeza dengan cepat dan selamat, dan anda boleh membuat model mengambil cawan teh mereka berulang-ulang - kadang-kadang lebih berjaya daripada yang lain.


grafik langganan dalaman


Memodelkan otot

Untuk menguji teknologi, pasukan di Keele sedang bekerjasama dengan Pusat FES Cleveland di AS, di mana mereka menanam sehingga elektrod 24 ke dalam otot dan saraf peserta penyelidikan. Mereka menggunakan pemodelan untuk menentukan di mana untuk meletakkan elektrod kerana terdapat lebih banyak otot lumpuh daripada elektrod dalam sistem FES semasa.

Sekiranya anda perlu memilih, adakah lebih baik merangsang subskapularis atau supraspinatus? Sekiranya anda merangsang saraf axillary, adakah anda meletakkan elektrod sebelum atau selepas cawangan kepada teres kecil? Untuk menjawab soalan-soalan sukar ini, mereka menjalankan simulasi dengan set elektrod yang berlainan dan pilih yang membolehkan model komputer menjadikan gerakan yang paling berkesan.

{youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}

Pada masa ini, pasukan sedang bekerja di bahu, yang stabil oleh sekumpulan otot yang dipanggil alat pemutar. Sekiranya anda mendapat arahan penembakan untuk lengan yang salah, ia boleh mencapai sudu sup dan bukannya pisau mentega. Sekiranya anda mendapat arahan kepada alat pemutar pemutar yang salah, lengan mungkin keluar dari bahu. Ia tidak kelihatan baik untuk model komputer, tetapi mereka tidak mengadu. Peserta penyelidikan akan kurang memaafkan.

Mengetahui bagaimana untuk mengaktifkan otot lumpuh untuk menghasilkan pergerakan yang berguna seperti menggenggam hanya separuh daripada masalah. Kita juga perlu tahu kapan untuk mengaktifkan otot, contohnya apabila pengguna ingin mengambil objek. Satu kemungkinan adalah membaca maklumat ini secara langsung dari otak. Baru-baru ini, penyelidik di Amerika Syarikat menggunakan implan untuk mendengar sel-sel individu di dalam otak seorang individu lumpuh. Oleh kerana pergerakan yang berbeza dikaitkan dengan corak aktiviti otak yang berbeza, peserta dapat memilih satu daripada enam pergerakan pra-program yang kemudiannya dihasilkan oleh rangsangan otot tangan.

Membaca otak

Ini merupakan langkah yang menarik untuk bidang prostesis saraf, tetapi banyak cabaran masih ada. Idea implan otak perlu bertahan selama beberapa dekad - kini sukar untuk merakam isyarat yang sama walaupun selama beberapa minggu supaya sistem ini perlu direkal semula dengan kerap. Menggunakan reka bentuk implan baru or isyarat otak yang berbeza boleh meningkatkan kestabilan jangka panjang.

Selain itu, implan hanya mendengar sebahagian kecil daripada berjuta-juta sel yang mengendalikan anggota badan kita, jadi pelbagai pergerakan yang boleh dibaca adalah terhad. Walau bagaimanapun, kawalan otak anggota robotik dengan pelbagai derajat kebebasan (pergerakan, putaran dan penggambaran) telah dicapai dan keupayaan teknologi ini maju dengan pesat.

Akhirnya, pergerakan yang lancar dan tanpa usaha yang biasanya kita ambil adalah dibimbing oleh maklum balas deria yang kaya yang memberitahu kita di mana lengan kita ada di angkasa dan apabila hujung jari kita menyentuh objek. Walau bagaimanapun, isyarat ini juga boleh hilang selepas kecederaan begitu penyelidik bekerja pada implan otak yang mungkin satu hari memulihkan sensasi serta pergerakan.

Sesetengah ahli sains membuat spekulasi bahawa teknologi membaca otak dapat membantu individu yang bertenaga untuk berkomunikasi dengan lebih cekap dengan komputer, telefon bimbit dan juga terus kepada otak lain. Bagaimanapun, ini tetap menjadi fiksyen sains manakala kawalan otak untuk aplikasi perubatan semakin cepat menjadi realiti klinikal.

Mengenai Pengarang

Dimitra Blana, Fellow Penyelidik Kejuruteraan Bioperubatan, Keele University

Andrew Jackson, Fellow Penyelidik Kanan, Wellcome Trust, Universiti Newcastle

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon