Ved hjælp af elektroder, en computer og tankegang kan neuroprostetiske enheder hjælpe patienter med motoriske eller sensoriske vanskeligheder at bevæge sig, føle, høre og se.

Neuroprosthetik, også kendt som hjerne-computer-grænseflader, er enheder, der hjælper mennesker med motoriske eller sensoriske handicap til at genvinde kontrollen over deres sanser og bevægelser ved at skabe forbindelse mellem hjernen og en computer. Med andre ord giver denne teknologi folk mulighed for at bevæge sig, høre, se og røre ved hjælp af tankekraft alene. Hvordan virker neuroprostetik? Vi tager et kig på fem store gennembrud på dette område for at se, hvor langt vi er kommet - og hvor meget længere vi kan gå - ved kun at bruge vores hjerte.

Hvert år taber hundredtusindvis af mennesker over hele verden kontrollen med deres lemmer som følge af en skade på rygmarven. I USA lever op til 347.000 mennesker med rygmarvsskade (SCI), og næsten halvdelen af ​​disse mennesker kan ikke bevæge sig fra nakken ned.

For disse mennesker kan neuroprostetiske enheder tilbyde et stort behov for håb.

Hjerte-computer-grænseflader (BCI) involverer normalt elektroder - placeret på menneskeskallen, på hjernens overflade eller i hjernens væv - som overvåger og måler hjerneaktiviteten, der opstår, når hjernen "tænker" en tanke. Mønsteret af denne hjerneaktivitet bliver herefter "oversat" til en kode eller algoritme, som "fodres" ind i en computer. Computeren forvandler omvendt koden til kommandoer, der frembringer bevægelse.

Neuroprostetik er ikke kun nyttigt for folk, der ikke kan bevæge deres arme og ben; De hjælper også dem med sensoriske handicap. Verdenssundhedsorganisationen (WHO) vurderer, at ca. 360 millioner mennesker over hele verden har en invaliderende form for høretab, mens yderligere 39 millioner mennesker er blinde.

For nogle af disse mennesker har neuroprostetika som cochlearimplantater og bioniske øjne givet dem tilbage deres sanser og i nogle tilfælde har de fået dem til at høre eller se for første gang.

Her gennemgår vi fem af de mest betydningsfulde udviklinger i neuroprostetisk teknologi, ser på hvordan de virker, hvorfor de er nyttige, og hvordan nogle af dem udvikler sig i fremtiden.

Øreimplantat

Sandsynligvis den "ældste" neuroprosthetiske enhed derude, cochlear implantater (eller øreimplantater) har eksisteret i et par årtier og er indbegrebet af succesfulde neuroprostetik.

U.S. Food and Drug Administration (FDA) godkendte cochleære implantater allerede i 1980, og i 2012 havde næsten 60.000 amerikanske individer haft implantatet. Over hele verden har mere end 320.000 mennesker fået enheden implanteret.

Et cochleært implantat virker ved at omgå de beskadigede dele af øret og stimulere den auditive nerve med signaler opnået ved hjælp af elektroder. Signalerne, der gengives gennem den auditive nerve til hjernen, opfattes som lyde, selvom at høre gennem et øreimplantat er helt anderledes end almindelig hørelse.

Selvom ufuldkomne, cochleære implantater giver brugerne mulighed for at skelne tale personligt eller over telefonen, med medierne vrimler med følelsesmæssige regnskaber for mennesker, der kunne høre sig selv for første gang ved hjælp af denne sensoriske neuroprostetiske enhed.

Her kan du se en video af en 29-årig kvinde, der hører for første gang med et cochleært implantat:

Øjenimplantat

Den første kunstige nethinden - kaldet Argus II - er lavet udelukkende fra elektroder implanteret i øjet og blev godkendt af FDA i februar 2013. På samme måde som det cochleære implantat omgår denne neuroprosthetik den beskadigede del af nethinden og transmitterer Signaler fanget af et vedhæftet kamera til hjernen.

Dette gøres ved at omdanne billederne til lyse og mørke pixel, der bliver forvandlet til elektriske signaler. De elektriske signaler sendes derefter til elektroderne, som igen sender signalet til hjernens optiske nerve.

Mens Argus II ikke gendanner syn helt, gør det det muligt for patienter med retinitis pigmentosa - en tilstand, der ødelægger øjets fotoreceptorer - for at skelne konturer og former, som mange patienter rapporterer, gør en betydelig forskel i deres liv.

Retinitis pigmentosa er en neurodegenerativ sygdom, der rammer omkring 100.000 mennesker i USA. Siden godkendelsen har mere end 200 patienter med retinitis pigmentosa haft Argus II implantatet, og det firma, der har designet det, arbejder for øjeblikket på at muliggøre farvedetektion og forbedre Enhedens opløsning.

Neuroprostetik til mennesker med SCI

Næsten 350.000 mennesker i USA anslås at leve med SCI, og 45 procent af dem, der havde SCI siden 2010, betragtes som tetraplegiske - det vil sige lammet fra nakken ned.

På Medical-Diag.com , Rapporterede vi for nylig om et banebrydende en-patient-eksperiment, der gjorde det muligt for en mand med quadriplegia at bevæge armene ved hjælp af den rene kraft i hans tanker.

Bill Kochevar havde elektroder kirurgisk monteret i hans hjerne. Efter at have trænet BCI til at "lære" hjerneaktiviteten, der matchede de bevægelser, han troede om, blev denne aktivitet omdannet til elektriske impulser, som derefter blev overført tilbage til elektroderne i hans hjerne.

På samme måde som de kogleære og visuelle implantater omgår det beskadigede område, undgår dette BCI-område også "kortslutningen" mellem hjernen og patientens muskler skabt af SCI.

Ved hjælp af denne neuroprosthetic kunne patienten med succes drikke og fodre sig selv. "Det var fantastisk," siger Kochevar, "fordi jeg tænkte på at flytte min arm og det gjorde det." Kochevar var den første patient i verden til at teste den neuroprostetiske enhed, som i øjeblikket kun er tilgængelig til forskningsformål.

Du kan lære mere om denne neuroprosthetic fra videoen nedenfor:

Det er imidlertid ikke her, hvor SCI neuroprostetik stopper. Courtine Lab - som ledes af neuroscientist Gregoire Courtine i Lausanne, Schweiz - arbejder utrætteligt for at hjælpe skadede mennesker til at genvinde kontrol over deres ben. Deres forskningsindsats med rotter har gjort det muligt for lammet gnavere at gå, opnået ved at bruge elektriske signaler og få dem til at stimulere nerver i den afskårne rygmarv.

"Vi tror, ​​at denne teknologi på en dag kunne forbedre livskvaliteten for mennesker, der konfronteres med neurologiske lidelser," siger Silvestro Micera, medforfatter af eksperimentet og neuroengineer hos Courtine Labs.

For nylig har professor Courtine ledet et internationalt forskergruppe til succesfuldt at skabe frivillig benbevægelse i rhesusaber. Dette var første gang, at en neuroprosthetic blev brugt til at muliggøre at gå i nonhuman primater.

Men det kan tage flere år, før alle komponenterne i denne intervention kan testes hos mennesker, siger professor Courtine.

En arm, der føles

Silvestro Micera har også ført til andre projekter om neuroprostetik, blandt hvilke er armen som "føles". I 2014 Medical-Diag.com Rapporteret om den første kunstige hånd, der blev forstærket med sensorer.

Forskere målte spændingen i sener af den kunstige hånd, der kontrollerer greb bevægelser og slået den til elektrisk strøm. Til gengæld blev det ved hjælp af en algoritme oversat til impulser, som derefter blev sendt til nerverne i armen, hvilket giver en følelse af berøring.

Siden da er den protesearm, der "føles" blevet forbedret endnu mere. Forskere fra University of Pittsburgh og University of Pittsburgh Medical Center, begge i Pennsylvania, testede BCI på en enkelt patient med quadriplegia: Nathan Copeland.

Forskerne implanterede en kappe af mikroelektroder under Copelands hjerne - nemlig i sin primære somatosensoriske cortex - og forbandt dem til en protesarm, der var forsynet med sensorer. Dette gjorde det muligt for patienten at føle følelser af berøring, hvilket følte til ham, som om de tilhørte sin egen lammede hånd.

Mens han var blindfoldet, var Copeland i stand til at identificere, hvilken finger på hans prosthetiske arm blev rørt. De følelser, han opfattede varierede i intensitet og føltes som forskelligt i pres.

Neuroprostetik til neuroner?

Vi har set, at hjernekontrolleret protes kan genoprette patienters følelse af berøring, hørelse, syn og bevægelse, men kunne vi bygge proteser til selve hjernen?

Forskere fra Australian National University (ANU) i Canberra formåede kunstigt at vokse hjerneceller og skabe funktionelle hjerne kredsløb, baner vejen for neuroprostetik til hjernen.

Ved at anvende nanowire geometri på en halvlederwafer kom Dr. Vini Gautam fra ANUs Research School of Engineering og kolleger op med en stillads, der gør det muligt for hjerneceller at vokse og forbinde synaptisk.

Projektgruppeleder Dr. Vincent Daria, fra John Curtin School of Medical Research i Australien, forklarer succesen med deres forskning:

Vi var i stand til at lave prædiktive forbindelser mellem neuronerne og viste dem at være funktionelle med neuroner, der fyrede synkront. Dette arbejde kunne åbne op for en ny forskningsmodel, der opbygger en stærkere forbindelse mellem materialet nanoteknologi og neurovidenskab."

Neuroprostetik til hjernen kan en dag hjælpe patienter, som har oplevet et slagtilfælde eller som lever med neurodegenerative sygdomme for at komme sig neurologisk.

Hvert år i USA har næsten 800.000 mennesker haft slagtilfælde, og mere end 130.000 mennesker dør af det. Neurodegenerative sygdomme er også udbredt, hvor 5 millioner amerikanske voksne anslås at leve med Alzheimers sygdom, 1 million at have Parkinsons og 400.000 til at opleve multipel sklerose.

Lær om Facebooks nyeste indsats: udviklingen af ​​BCI'er.

The Choice is Ours Official Full Version (Video Medicinsk Og Professionel 2024).