Ceva la fel de simplu ca să ridici o ceașcă de ceai necesită multă acțiune din corpul tău. Mușchii brațului tău trag pentru a-ți deplasa brațul spre ceașcă. Mușchii degetelor se trag pentru a vă deschide mâna, apoi îndoiți degetele în jurul mânerului. Mușchii umărului îți țin brațul să nu iasă din umăr, iar mușchii miezului te asigură că nu te răstoarnă din cauza greutății suplimentare a cupei. Toți acești mușchi trebuie să tragă într-un mod precis și coordonat, și totuși singurul tău efort conștient este gândul: „Știu: ceai!”
De aceea, este atât de dificil să permiți unui membru paralizat să se miște din nou. Majoritatea mușchilor paralizați pot funcționa în continuare, dar comunicarea lor cu creierul s-a pierdut, deci nu primesc instrucțiuni de tragere. Încă nu putem repara deteriorarea măduvei spinării, astfel încât o soluție este să o ocolim și să oferim instrucțiunile mușchilor în mod artificial. Și datorită dezvoltării tehnologiei pentru citirea și interpretarea activității creierului, aceste instrucțiuni ar putea veni într-o bună zi direct din mintea pacientului.
Putem face mușchii paralizați să se declanșeze stimulându-i cu electrozi așezați în interiorul mușchilor sau în jurul nervilor care îi alimentează, o tehnică cunoscută sub numele de stimulare electrică funcțională (FES). Pe lângă faptul că ajută persoanele paralizate să se miște, este, de asemenea, utilizat pentru a restabili funcția vezicii urinare, pentru a produce tuse eficientă și pentru a ameliora durerea. Este o tehnologie fascinantă care poate face o mare diferență în viața persoanelor cu leziuni ale măduvei spinării.
Dimitra Blana și colegii ei de la Keele lucrează la cum să asocieze această tehnologie cu setul complex de instrucțiunile necesare pentru acționarea unui braț. Dacă vrei să ridici acea ceașcă de ceai, ce mușchi trebuie să tragă, când și cu cât? Instrucțiunile de tragere sunt complicate și nu doar din cauza numărului mare de mușchi de bază, umeri, brațe și degete implicate. Pe măsură ce beți încet ceaiul, aceste instrucțiuni se schimbă, deoarece greutatea ceștii se schimbă. Pentru a face ceva diferit, cum ar fi zgârierea nasului, instrucțiunile sunt complet diferite.
În loc să încercați doar diferite tipuri de tragere pe mușchii paralizați, în speranța de a găsi unul care să funcționeze, puteți folosi modele computerizate ale aparatului locomotor pentru a le calcula. Aceste modele sunt descrieri matematice ale modului în care mușchii, oasele și articulațiile acționează și interacționează în timpul mișcării. În simulări, puteți face mușchii mai puternici sau mai slabi, „paralizați” sau „stimulați extern”. Puteți testa diferite modele de ardere rapid și în siguranță și le puteți face pe modele să își ridice canele de ceai din nou și din nou - uneori cu mai mult succes decât altele.
Modelarea mușchilor
Pentru a testa tehnologia, echipa de la Keele lucrează cu Centrul FES din Cleveland în SUA, unde se implantează până la 24 de electrozi în mușchii și nervii participanților la cercetare. Ei folosesc modelarea pentru a decide unde să plaseze electrozii, deoarece există mai mulți mușchi paralizați decât electrozi în sistemele FES actuale.
Dacă trebuie să alegeți, este mai bine să stimulați subscapularul sau supraspinosul? Dacă stimulați nervul axilar, ar trebui să plasați electrodul înainte sau după ramură la teres minor? Pentru a răspunde la aceste întrebări dificile, rulează simulări cu diferite seturi de electrozi și alegeți-l pe cel care permite modelelor de computer să efectueze cele mai eficiente mișcări.
{youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}
În prezent, echipa lucrează la umăr, care este stabilizat de un grup de mușchi numit manșeta rotatorilor. Dacă greșiți instrucțiunile de tragere pentru braț, acesta ar putea ajunge la lingura de supă în loc de cuțitul pentru unt. Dacă primiți greșit instrucțiunile pentru manșeta rotatorului, brațul ar putea să iasă din umăr. Nu este un aspect bun pentru modelele de computere, dar acestea nu se plâng. Participanții la cercetare ar fi mai puțin iertători.
Știind cum să activezi mușchii paralizați pentru a produce mișcări utile, cum ar fi apucarea, este doar jumătate din problemă. De asemenea, trebuie să știm când să activăm mușchii, de exemplu când utilizatorul dorește să ridice un obiect. O posibilitate este să citiți aceste informații direct din creier. Recent, cercetători din SUA a folosit un implant pentru a asculta celule individuale din creierul unui individ paralizat. Deoarece diferite mișcări sunt asociate cu diferite modele de activitate a creierului, participantul a fost capabil să selecteze una dintre cele șase mișcări pre-programate care au fost apoi generate de stimularea mușchilor mâinii.
Citind creierul
Acesta a fost un pas înainte interesant pentru domeniul protezelor neuronale, dar rămân multe provocări. În mod ideal, implanturile cerebrale trebuie să dureze mai multe decenii - în prezent este dificil să înregistrați aceleași semnale chiar și în câteva săptămâni, astfel încât aceste sisteme trebuie recalibrate în mod regulat. Folosind noi modele de implant or diferite semnale cerebrale poate îmbunătăți stabilitatea pe termen lung.
De asemenea, implanturile ascultă doar o mică parte din milioanele de celule care ne controlează membrele, astfel încât gama de mișcări care pot fi citite este limitată. In orice caz, controlul creierului membrelor robotizate cu mai multe grade de libertate (mișcare, rotație și apucare) a fost atins și capacitățile acestei tehnologii avansează rapid.
În cele din urmă, mișcările netede și fără efort pe care le luăm de obicei ca atare sunt ghidate de un feedback senzorial bogat care ne spune unde sunt brațele noastre în spațiu și când vârful degetelor atinge obiecte. Cu toate acestea, aceste semnale pot fi pierdute și după rănire, deci cercetătorii lucrează pe implanturile cerebrale care pot restabili într-o zi senzația și mișcarea.
Unii oameni de știință speculează că tehnologia de citire a creierului ar putea ajuta persoanele cu dizabilități să comunice mai eficient cu computerele, telefoanele mobile și chiar direct către alte creiere. Cu toate acestea, acesta rămâne tărâmul științifico-fantastic, în timp ce controlul creierului pentru aplicații medicale devine rapid realitate clinică.
Despre autori
Dimitra Blana, cercetător în inginerie biomedicală, Universitatea Keele
Andrew Jackson, Wellcome Trust Senior Research Fellow, Universitatea din Newcastle
Acest articol a fost publicat inițial Conversaţie. Citeste Articol original.
Cărți conexe
at InnerSelf Market și Amazon
