Разработка «контролируемых разумом» бионических устройств сегодня стала еще на шаг ближе с публикацией Природа Биотехнология бумаги описывая, как крошечный стент длиной 3 см, содержащий электроды 12, может однажды помочь людям, живущим с травмой спинного мозга, ходить с силой мысли.

Устройство, называемое «стентрод», вводится в яремную вену на шее и выталкивается вверх по вене, пока не достигнет моторной коры головного мозга, которая отвечает за мышечную активность.

Я был частью команды 39, занимающейся разработкой и тестированием устройства, и сейчас мы планируем провести клиническое испытание в следующем году в Виктории.

Как это работает?

Положение стентрода рядом с моторной корой позволяет ему получать нейронные сигналы, которые инициируют движение. Он передает эти сигналы по микролидам 12 в интерфейс компьютера.

Университет Мельбурна. Источник

Здесь сигналы преобразуются в информацию, которая может манипулировать чем угодно - от бионической протезной конечности до экзоскелета всего тела, внешнего скелета трансформаторного типа.

Работа основана на предыдущих исследованиях, которые в 2002 нашли обезьяны могут двигать компьютерный курсор с силой мысли. Это показало, что теоретически возможно управлять бионической конечностью, используя только мысли.

Затем исследователи использовали электродные устройства, такие как Юта электродная решеткаи хирургически имплантировали их чуть ниже черепа в кору у людей. Эти устройства дали удивительные результаты, в том числе способность парализованных пациентов управлять удаленной бионической конечностью, полностью отделенной от тела, и сделать глоток кофе. Эти устройства все еще разрабатываются компанией под названием BrainGate.

Однако введение этих устройств требует серьезной операции на головном мозге, которая несет в себе риск инфекции и отторжения иммунитета. Хирургически имплантированные электродные матрицы также могут вызывать воспаление мозга и ухудшать качество сигнала в течение шести месяцев.

Стентрод стремится преодолеть эти проблемы. Сидя внутри сосудистой сети мозга, стентрод внедряется в стенку сосуда, защищая его от иммунных клеток мозга. Наши доклинические исследования показывают, что мозг сигнализирует, что прием стентрода действительно становится чище и сильнее со временем, поскольку происходит инкорпорация кровеносных сосудов.

Следующий шаг: имплантация пациентов

Первыми пациентами, которые получат имплантаты стентрода, будут люди, которые перенесли травму позвоночника и закончили с квадриплегией.

Перед получением имплантата пациенты пройдут функциональное МРТ сканирование. Им будет предложено представить, как они двигают руку влево и вправо, вверх и вниз, и представить, как они двигают руку к целям на экране компьютера.

Это создаст виртуальную карту моторной коры, к которой хирурги могут стремиться во время операции по имплантации стентрода, чтобы гарантировать, что устройство перекрывает соответствующую область моторной коры.

Затем собственный мозг пациента начнет обучающую парадигму, очень похожую на обучение игре на музыкальном инструменте, или на новый моторный навык. Нейроны в моторной коре будут срабатывать в ответ на мысли пациента, которые затем будут переведены в движение курсора, бионической конечности или экзоскелета.

Первоначально эти движения будут резкими, несогласованными и приведут к неверному результату. Но через процесс проб и ошибок нейропластические свойства мозга позволят ему уточнить нейронную активность, в конечном итоге позволив скоординированные действия, такие как пить кофе или ходить с помощью экзоскелета.

Другие возможные применения

Сильно разветвленная сосудистая система головного мозга означает, что стентрод может потенциально откладываться в других сосудах для лечения различных заболеваний.

Он может прогнозировать эпилептические припадки, например, если он помещен в область мозга, которая вызывает припадки. Нервная активность мозга изменяется предсказуемым образом до начала приступа. Стентрод может принимать эти контрольные сигналы предупреждения, предупреждая пациента о прекращении любых действий, которые могут подвергнуть их или других людей опасности, таких как вождение или плавание.

Стентрод также может быть использован в качестве устройства нейростимуляции. Современные методы лечения болезни Паркинсона включают глубокую стимуляцию мозга (DBS) для высвобождения дофамина, необходимого для плавных, скоординированных движений. Использование стентрода в качестве альтернативного стимулятора облегчит риски имплантации стимуляторов глубоко в мозг.

Устройство может также помочь людям с заболеванием двигательных нейронов (МНБ), которые лишены способности двигаться, разговаривать, есть и, в конце концов, дышать. На этапе, когда люди теряют способность общаться, стентрод может использоваться для предоставления людям интерфейса для управления компьютером. Это может дать им драгоценные месяцы или годы, когда они смогут продолжать общаться со своими близкими.

Первые клинические испытания стентрода на людях запланированы на 2017. Если мы увидим ожидаемые результаты, мы надеемся, что коммерчески доступная версия технологии будет доступна в первой половине 2020.

В то же время, одной из целей является добавление большего количества электродов, что позволяет более точному контролю парализованных пациентов не только снова ходить, но и совершать тонкие движения пальцев. Можем ли мы однажды увидеть виртуозную «парализованную» скрипку? Мы можем попробовать.