Hur hjärnimplantat kan hjälpa förlamade människor

Även en sådan enkel rörelse som att lyfta en kopp te, kräver din kropp en hel del åtgärder. Musklerna i händer måste arbeta för att flytta den till koppen. Musklerna i handflatan bör vara öppen, så att du kan ta tag i koppen, och sedan stänga fingrarna runt för att hålla tillbaka henne. Sedan måste skuldermusklerna hålla handen så att den inte vackla på grund av den extra vikten av koppen. Alla dessa muskler måste arbeta noggrant och på ett samordnat sätt, medan du tror att du just har bryggt te sig.

Hur får jag förlamade muskler?

Det är därför att göra den förlamade lemmen att flytta igen så hårt. De flesta av förlamade muskler kan fortfarande fungera, men deras koppling till hjärnan har försvunnit, så att de inte får instruktioner för åtgärder. Tyvärr har läkarna ännu inte lärt sig att återställa ryggmärgsskada, men det finns en lösning. Vi kan komma runt det och att ge instruktioner till muskler konstgjord väg. Genom utveckling av teknik för att läsa och tolka hjärnaktivitet, dessa instruktioner kan komma direkt från patientens huvud.

Vi kan göra den förlamade muskler att arbeta genom att stimulera deras elektroder placerade inuti dem eller runt nerverna som försörjer dem. Denna teknik är känd som "funktionell elektrisk stimulering." Den kan användas inte bara för att hjälpa förlamade människor att flytta, men också för att återställa urinblåsans funktion, för att stimulera en effektiv hosta, liksom för smärtlindring. Denna teknik kan göra en stor skillnad för livet för personer med ryggmärgsskada.

En studie av forskare

Dimitar Blanc och hennes kollegor arbetar på hur man kombinerar denna teknik med en komplex uppsättning instruktioner som behövs för att driva en hand. Om du vill plocka upp en kopp te, vilket är nödvändigt för att stimulera musklerna, när och hur mycket? Dessa instruktioner är mycket komplexa, och inte bara på grund av det stora antalet muskler som är inblandade här. Så fort du dricker te, har instruktionerna förändrats, eftersom vikten av koppen kommer att minska. För att göra något annat, till exempel skrapa näsan kommer instruktioner att vara helt annorlunda.

Snarare än att bara testa olika instruktioner till de förlamade muskler, i hopp om att hitta dem som arbetar forskarna använde datormodeller av det muskuloskeletala systemet för att beräkna dem. Dessa modeller är den matematiska beskrivningen av hur muskler, ben och leder fungerar under rörelser. I simuleringen är det möjligt att göra musklerna starkare eller svagare, förlamad eller stimuleras utanför. det är därför möjligt att snabbt och säkert testa olika pulsmönster för att se vilka som är mer framgångsrika.

modellering av muskler

För att testa tekniken forskarna implanterade 24 elektroder i muskler och nerver av studiedeltagarna. De använde en simulering för att bestämma var att placera elektroderna, eftersom den förlamade muskler mer än elektroderna i moderna system för funktionell elektrisk stimulering.

Om du hade ett val, vad bättre stimulera musklerna: subscapularis eller periosteal? Om det är nödvändigt för att stimulera armhålan nerv, där du vill placera elektroden? För att besvara dessa svåra frågor, använde forskarna en simulering med olika uppsättningar av elektroder, och välja den som får en datormodell för att göra den mest effektiva rörelsen.

För närvarande laget arbetar på en arm som stabiliserar muskelgrupp, den roterande hylsan. Om de instruktioner som du får det, kan fel hand hoppa ut ur axeln. Därför är datorsimuleringar är oumbärliga i denna studie. För att sätta dessa experiment deltagare ingen skulle ha vågat.

nya utmaningar

Vet hur man aktiverar förlamade muskler för att producera användbar trafik - det är bara halva problemet. Forskarna måste också bestämma vid vilken tidpunkt för att aktivera musklerna, till exempel när användaren vill plocka upp ett föremål. Ett av alternativen - är överföringen av denna information direkt från hjärnan. Nyligen forskare från USA använde implantat för att lyssna på enskilda celler i hjärnan hos en förlamad person. Eftersom de olika rörelserna som är förknippade med olika former av hjärnaktivitet, kan deltagaren välja en av sex förprogrammerade rörelser, som sedan genereras genom att stimulera musklerna i handen.

hjärna läsning

Även om detta är ett spännande steg framåt när det gäller neurala proteser, många problem kvarstår olösta. Helst bör hjärnimplantat arbeta under många decennier. Men just nu är det svårt att spela även de signaler som behövs inom ett par veckor, så att dessa system måste kalibreras regelbundet. Med hjälp av nya konstruktioner av implantat eller olika hjärnsignaler kan förbättra den långsiktiga stabiliteten.

Dessutom implantat lyssna till endast en liten bråkdel av de miljontals celler som styr våra lemmar, så rörelseområdet kan vara ganska begränsad. Men kontrollen av hjärnan robot lemmar med en viss grad av frihet ännu gjorts och möjligheterna med denna teknik utvecklas snabbt.

teknik i framtiden

Slutligen, smidig, enkel rörelse som vi uppfattar som något tas för givet, styrs av en rik sensorisk återkoppling system som talar om för hjärnan där våra händer, och när våra fingrar röra föremålen. Dessa signaler kan gå förlorade efter skadan, så forskarna arbetar också med hjärnimplantat som kan återställa känslan och rörelse.

Vissa forskare tror att hjärnan läsning teknik kan hjälpa människor mer effektivt i stånd att interagera med datorer, mobiltelefoner och även direkt från hjärnan hos andra människor. Men nu återstår i sfären av science fiction, medan hjärnan kontroller för medicinska tillämpningar har snabbt blivit en klinisk verklighet.