Dezvoltarea dispozitivelor bionice „controlate de minte” a făcut un alt pas mai aproape astăzi odată cu publicarea a Lucrare Nature Biotechnology descriind modul în care un stent mic, de 3 cm lungime, care conține 12 electrozi, ar putea ajuta într-o zi oamenii care trăiesc cu leziuni ale măduvei spinării să meargă cu puterea gândirii.

Dispozitivul, numit „stentrod”, este introdus în vena jugulară a gâtului și împins în sus în venă până ajunge la cortexul motor al creierului, care este responsabil pentru activitatea musculară.

Am făcut parte din echipa de 39 de persoane care dezvoltă și testează dispozitivul și acum planificăm un studiu clinic anul viitor în Victoria.

Cum functioneaza?

Poziția stentrodului, alături de cortexul motor, îi permite să primească semnale neuronale care inițiază mișcarea. Trimite acele semnale cu 12 microlead într-o interfață de computer.

Universitatea din Melbourne. Sursă

Aici, semnalele sunt traduse în informații care ar putea manipula orice, de la un membru protetic bionic până la un exoschelet al întregului corp, un schelet extern de tip transformator.

Lucrarea se bazează pe cercetări anterioare, care în 2002 au descoperit maimuțele puteau mișca cursorul unui computer cu puterea gândirii. Acest lucru a arătat că teoretic este posibil să controlezi un membru bionic folosind doar gândirea.

Apoi, cercetătorii au folosit dispozitive cu electrozi, cum ar fi matrice de electrozi din Utahși le-a implantat chirurgical chiar sub craniu în cortexul oamenilor. Aceste dispozitive au produs rezultate uimitoare, inclusiv capacitate pentru pacientii paralizati să opereze un membru bionic la distanță, complet separat de corp și să ia o înghițitură de cafea. Aceste dispozitive sunt încă dezvoltate de o companie numită BrainGate.

Cu toate acestea, inserarea acestor dispozitive necesită o intervenție chirurgicală majoră pe creier, care implică riscuri de infecție și respingere imunitară. Rețelele de electrozi implantate chirurgical pot provoca, de asemenea, inflamații ale creierului și pot suferi degradarea calității semnalului pe parcursul a șase luni până la un an.

Stentrodul își propune să depășească aceste probleme. Stând în interiorul vascularizației creierului, stentrodul devine încorporat în peretele vasului, ferindu-l de celulele imune ale creierului. Studiile noastre preclinice arată că semnalele creierului prin care se ridică stentrodul devin de fapt mai curate și mai puternice în timp, pe măsură ce are loc încorporarea acestui vas de sânge.

Următorul pas: implantarea pacienților

Primii pacienți care vor primi implanturile stentrode vor fi persoanele care au suferit o leziune a coloanei vertebrale și au ajuns cu tetraplegie.

Înainte de a primi implantul, pacienții vor fi supuși unei scanări RMN funcționale. Li se va cere să-și imagineze mișcându-și brațul la stânga și la dreapta, în sus și în jos și să-și imagineze mișcându-și mâna spre ținte pe ecranul computerului.

Acest lucru va produce o hartă virtuală a cortexului motor pe care chirurgii îl pot viza în timpul operației de implantare a stentrodului, pentru a se asigura că dispozitivul se află deasupra regiunii adecvate a cortexului motor.

Apoi, propriul creier al pacientului va începe o paradigmă de învățare, foarte asemănătoare cu învățarea să cânte la un instrument, sau o nouă abilitate motrică. Neuronii din cortexul motor se vor declanșa ca răspuns la gândul pacientului, care va fi apoi tradus într-o mișcare a unui cursor, membru bionic sau exoschelet.

Inițial, acele mișcări vor fi sacadate, necoordonate și vor produce un rezultat incorect. Dar printr-un proces de încercare și eroare, proprietățile neuroplastice ale creierului îi vor permite să-și rafineze activitatea neuronală, permițând în cele din urmă activități coordonate, cum ar fi consumul unei cafele sau mersul pe jos cu ajutorul unui exoschelet.

Alte utilizări posibile

Sistemul vascular foarte ramificat al creierului înseamnă că stentrodul ar putea fi depus în alte vase pentru a trata o varietate de boli.

Are potențialul de a prezice crize de epilepsie, de exemplu, dacă este plasat în regiunea creierului care dă naștere convulsiilor. Activitatea neuronală a creierului se modifică în moduri previzibile înainte de apariția unei convulsii. Stentrodul ar putea capta aceste semnale de avertizare, alertând pacientul să înceteze orice activitate care i-ar pune pe ei sau pe alții în pericol, cum ar fi conducerea sau înotul.

Stentrodul ar putea fi folosit și ca dispozitiv de neurostimulare. Terapiile actuale pentru boala Parkinson includ stimularea profundă a creierului (DBS) pentru a elibera dopamina necesară pentru mișcări netede și coordonate. Utilizarea stentrodului ca stimulator alternativ ar atenua Riscurile de a implanta stimulatori adânc în creier.

Dispozitivul ar putea ajuta, de asemenea, persoanele cu boală neuronului motor (MND) cărora li se fură capacitatea de a se mișca, de a vorbi, de a mânca și, în cele din urmă, de a respira. În stadiul în care oamenii își pierd capacitatea de a comunica, stentrodul ar putea fi folosit pentru a oferi o interfață pentru ca oamenii să controleze un computer. Acest lucru le-ar putea oferi luni sau ani prețioase în care pot continua să comunice cu cei dragi.

Primele studii clinice umane ale stentrodelor sunt programate pentru 2017. Cu condiția să vedem rezultatele anticipate, sperăm că o versiune disponibilă comercial a tehnologiei va fi disponibilă în prima jumătate a anilor 2020.

Între timp, un obiectiv este de a adăuga mai mulți electrozi, permițând un control mai fin pentru pacienții paralizați nu numai să meargă din nou, ci și să obțină mișcări fine ale degetelor. Am putea vedea într-o zi un virtuoz al viorii „paralizat”? Putem incerca.