Повреждения спинного мозга вызывают паралич, потому что они разъединяют решающие линии связи между мозгом и мышцами, шевелящими конечностями. Новое исследование с обезьянами демонстрирует способ восстановить те связи. Путем внедрения электродов в центр управления движения в мозгу и проводки их до электродов, приложенных к, вторгается рука, исследователи вернули движение обезьянам временно парализованной рукой. Работа является последним многообещающим развитием в растущей области нейропротезирования.
В последние годы ученые сделали много шагов к созданию протезирования, чтобы помочь парализованным людям взаимодействовать больше с миром вокруг них. Они развили методы для расшифровки сигналов от электродов, имплантированных в мозг так, чтобы парализованный человек мог управлять курсором на мониторе или управлять роботизированной рукой с одними только их мыслями.
Такие мозговые внедрения все еще экспериментальны, и только ряд людей получил их. Несколько сотен пациентов получили различное, отчасти нервное протезный, который использует остаточное движение плеча или деятельность нерва для стимулирования мышц рук, позволяя им схватить объекты их руками.Новое исследование объединяет эти два подхода.
Нейробиолог Ли Миллер из Медицинской школы Северо-Западного университета Feinberg в Чикаго, Иллинойс и сетках вживленного электрода коллег в основную двигательную зону коры головного мозга двух обезьян. Этот отдел головного мозга дает команды, перемещающие мышцы всюду по органу, и исследователи поместили электроды в часть основной двигательной зоны коры головного мозга, управляющей рукой, позволяя им делать запись электрической деятельности приблизительно 100 нейронов там.
В отдельной хирургии бригада имплантировала до пяти электродов в три мышц рук, используемые в схватывании объектов рукой. Путем регистрации одновременно от электродов мозга и мышцы, поскольку обезьяны захватили различные объекты, Миллера и коллег развитые компьютеризированные алгоритмы расшифровки, предсказавшие, как сигналы от мозга перевели на электрическую деятельность в каждой из этих трех мышц.
Затем, они надеялись продемонстрировать, что эти алгоритмы могли интерпретировать команды от мозга у парализованной обезьяны и предоставить просто правильную стимуляцию мышцам для выявления намеченного движения.Для испытания этой идеи исследователи ввели блокирующий нерв наркотик для временного поражения параличом одной руки и предплечья у обезьян. Животные редко смогли сделать простую задачу, которую они ранее изучили, взяв резиновый шар и бросив его в трубу для приобретения вознаграждения сока. Но с включенным нейропротезом, обезьяны следовали приблизительно за 80% времени, бригада сообщает онлайн сегодня по своей природе.
«Что является существенно особенным в нашей системе, то, что мы возвращаемся к мозгу и подслушиваем сигналы, обычно происходящие», говорит Миллер. Он надеется, что этот тип нейропротеза в конечном счете позволит парализованным людям двигать рукой только путем размышления об этом. Это было бы улучшением по сравнению с текущими стимулирующими мышцу протезами, полагающимися на остаточное движение в других частях тела и требующими, чтобы пациенты изучили неестественные движения, такие как перемещение плеча вверх и вниз, чтобы схватить и выпустить. «Действительно нет главных технических препятствий к попытке этого в людях на экспериментальной основе», говорит Миллер, но он добавляет, что получение одобрения и пополнение пациентов для такого испытания, вероятно, займут несколько лет.Работа является первым шагом к интеграции мозговой расшифровки и стимуляции мышц, говорит Эндрю Шварц, нейробиолог в университете Питтсбурга в Пенсильвании.
Но он предостерегает, что повреждения позвоночника часто вызывают более широко распространенный паралич, чем обезьяны Миллера имели. «В действительно парализованной руке должны были бы быть активизированы еще много мышц», пишет Шварц в электронном письме. «Для достижения более естественных поведений сложные комбинации мышц должны были бы быть активизированы, и этот вид контроля намного более сложен, чем, что было показано на этой демонстрации».Миллер соглашается, что достижение большей ловкости является основной проблемой.
Один подход, который исследует его бригада, должен стимулировать нервы, что контроль вторгается рука вместо самих мышц. «Если мы можем решить детали», говорит он, «в принципе нам необходимо активизировать все мышцы, которые возбуждают те нервы».