Perkembangan peranti bionik "dikendalikan minda" bergerak lebih dekat lagi hari ini dengan penerbitan a Kertas Bioteknologi Alam menggambarkan bagaimana stent kecil 3cm yang mengandungi elektrod 12 dapat satu hari membantu orang yang hidup dengan kecederaan saraf tunjang berjalan dengan kekuatan pemikiran.

Peranti, yang dipanggil "stentrode", dimasukkan ke dalam urat jugular di leher dan menolak pembuluh darah sehingga ia mencapai korteks motor otak, yang bertanggungjawab untuk aktiviti otot.

Saya telah menjadi sebahagian daripada pasukan 39 yang sedang membangun dan menguji peranti ini, dan kami sedang merancang percubaan klinikal tahun depan di Victoria.

Bagaimana ia berfungsi?

Kedudukan stentrode, di samping korteks motor, membolehkannya menerima isyarat saraf yang memulakan pergerakan. Ia menghantar isyarat tersebut ke microlead 12 ke dalam antara muka komputer.

Universiti Melbourne. Source

Di sini, isyarat diterjemahkan ke dalam maklumat yang boleh memanipulasi apa-apa dari anggota prostetik bionik kepada exoskeleton badan penuh, rangka luar jenis pengubah.

Kerja-kerja ini dibina pada penyelidikan terdahulu, yang terdapat dalam 2002 monyet boleh menggerakkan kursor komputer dengan kekuatan pemikiran. Ini menunjukkan secara teorinya mungkin untuk mengawal anggota bionik menggunakan pemikiran sahaja.

Seterusnya, penyelidik menggunakan peranti elektrod, seperti Pelbagai elektrod Utah, dan pembedahannya ditanam di bawah tengkorak ke dalam korteks pada manusia. Peranti ini menghasilkan hasil yang menakjubkan, termasuk keupayaan untuk pesakit lumpuh untuk mengendalikan anggota bionik terpencil, benar-benar dipisahkan dari badan, dan minum kopi. Peranti ini masih dibangunkan oleh sebuah syarikat yang dipanggil BrainGate.

Walau bagaimanapun, kemasukan peranti ini memerlukan pembedahan otak utama yang membawa risiko jangkitan, dan penolakan imun. Arahan elektrod yang dibina secara surgikal juga boleh menyebabkan keradangan otak dan mengalami kemerosotan kualiti isyarat selama enam bulan hingga setahun.

Stentrode ini bertujuan untuk mengatasi masalah ini. Dengan duduk di dalam vasculature otak, stentrode ini dimasukkan ke dalam dinding kapal, melindungi dari sel-sel imun otak. Kajian pramatlin kami menunjukkan bahawa otak menandakan stentrode pick up sebenarnya menjadi lebih bersih dan lebih kuat dengan masa ketika pembentukan saluran darah ini berlaku.

Langkah seterusnya: menanamkan pesakit

Pesakit pertama yang menerima implan stentrode akan menjadi orang yang mengalami kecederaan tulang belakang dan berakhir dengan quadriplegia.

Sebelum menerima implan, pesakit akan menjalani pemeriksaan MRI berfungsi. Mereka akan diminta untuk membayangkan memindahkan lengan mereka ke kiri dan ke kanan, ke atas dan ke bawah, dan membayangkan menggerakkan tangan ke arah sasaran pada skrin komputer.

Ini akan menghasilkan peta maya korteks motor pakar bedah boleh mencari semasa pembedahan implantasi stentrode, untuk memastikan peranti itu mengatasi kawasan korteks motor yang sesuai.

Kemudian otak pesakit sendiri akan memulakan paradigma pembelajaran, sangat mirip dengan belajar memainkan instrumen, atau kemahiran motor baru. Neuron dalam korteks motor akan menyala sebagai tindak balas kepada pemikiran pesakit, yang kemudian akan diterjemahkan ke dalam pergerakan kursor, anggota bionik, atau exoskeleton.

Pada mulanya, pergerakan itu akan tersentak, tidak selaras dan menghasilkan hasil yang salah. Tetapi melalui proses percubaan dan kesilapan, sifat neuroplastik otak akan membolehkan ia menyempurnakan aktiviti saraf, akhirnya membolehkan aktiviti yang diselaraskan seperti minum kopi, atau berjalan dengan bantuan exoskeleton.

Penggunaan lain yang mungkin

Sistem vaskular yang sangat bercabang otak bermaksud stentrode itu berpotensi untuk disimpan di dalam kapal lain untuk merawat pelbagai penyakit.

Ia mempunyai potensi untuk meramalkan sawan epileptik, misalnya, jika diletakkan di kawasan otak yang menimbulkan kejang. Aktiviti saraf otak berubah dengan cara yang boleh diramal sebelum bermulanya serangan. Stentrode boleh mengambil isyarat peringatan ini, memberi amaran kepada pesakit untuk menghentikan apa-apa aktiviti yang akan meletakkan mereka atau orang lain dalam bahaya, seperti memandu atau berenang.

Stentrode juga boleh digunakan sebagai peranti neurostimulasi. Terapi semasa untuk penyakit Parkinson termasuk rangsangan dalam-otak (DBS) untuk melepaskan dopamin yang diperlukan untuk pergerakan yang lancar dan terselaras. Menggunakan stentrode sebagai penggalak alternatif akan mengurangkan risiko menanam stimulator jauh ke dalam otak.

Peranti ini juga boleh membantu orang dengan penyakit neuron motor (MND) yang dirompak keupayaan untuk bergerak, bercakap, makan dan akhirnya bernafas. Di peringkat di mana orang kehilangan keupayaan untuk berkomunikasi, stentrode itu boleh digunakan untuk menyediakan antara muka bagi orang untuk mengawal komputer. Ini boleh memberi mereka bulan atau tahun yang berharga di mana mereka boleh terus berkomunikasi dengan orang yang tersayang.

Ujian klinikal pertama dalam stentrode dijadualkan untuk 2017. Dengan syarat bahawa kami melihat hasil yang dijangkakan, kami berharap versi teknologi yang tersedia secara komersil akan tersedia pada separuh pertama 2020s.

Pada masa yang sama, satu matlamat adalah untuk menambah elektrod, yang membolehkan kawalan yang lebih baik untuk pesakit lumpuh untuk tidak hanya berjalan semula, tetapi mendapat pergerakan jari yang baik. Bolehkah kita melihat seorang pemain biola yang "lumpuh"? Kita boleh cuba.