Technologie SMART pozwalają osobom sparaliżowanym odzyskać sprawność
Implanty mózgowe i bezprzewodowe urządzenia
do noszenia (wyglądem przypominające popularne smartwatche)
pomagają stworzyć alternatywne systemy komunikacji
zastępując uszkodzone połączenia nerwowe.
Od kilkunastu lat prowadzone są prace nad elektryczna stymulacją systemu nerwowego u osób z uszkodzonym centralnym układem nerwowym. Spore sukcesy przyniosły układy wykorzystujące elektrody wszczepione bezpośrednio w rdzeń kręgowy. Udało się sprawić, że osoby przykute do wózków potrafią w wyniku takiej terapii samodzielnie wstać i wykonać podstawowe czynności motoryczne, przejść kilka kroków, podnieść szklankę z wodą. Jednak na drodze do prawdziwego przełomu dokonał zespół naukowców Chada Bouton konstruując swoisty nerwowy bypass, który przekierowuje sygnały obok uszkodzonego rdzenia kręgowego, przywracając potencjalnie zarówno ruch, jak i czucie w kończynach.
Historia zaczęła się od obserwacji, którą przeprowadzono w Instytucie Pamięci Gordona Batelle w Columbus w stanie Ohio. Sparaliżowany w skutek wypadku podczas nurkowania Ian Burkhart, pomimo głębokiego uszkodzenia rdzenia kręgowego, był w stanie z powodzeniem oddać się grze w popularnej grze „Guitar Player”. Jego palce, wbrew braku naturalnych połączeń nerwowych były w stanie wybijać rytm na strunach wirtualnej gitary. Było to możliwe dzięki stworzeniu obejściu biologicznej sieci neuronalnej poprzez sztuczny zewnętrzny obieg impulsów nerwowych. Specjalnie zaprojektowany implant odbierał sygnały bezpośrednio z kory mózgowej, które następnie były przekierowywane do komputera wykorzystującego algorytmy uczenia maszynowego do ich rozszyfrowywania i przekazania elektrodom owiniętym wokół przedramienia instrukcji dla pobudzania odpowiednich mięśni. W taki sposób stworzono funkcjonalny sztuczny układ nerwowy. Obecny przy tym eksperymencie Chad Bouton, kontynuuje obecnie te badania w Instytucie Badań Medycznych Feinsteina w Nowym Jorku. „Mój zespół, w skład którego wchodzą inżynier elektryk Nikunj Bhagat, neurobiolog Santosh Chandrasekaran i kierownik kliniki Richard Ramdeo, wykorzystał te informacje do budowy dwóch różnych rodzajów syntetycznych układów nerwowych. W jednym podejściu implanty mózgowe są wykorzystywane do precyzyjnej kontroli sparaliżowanych kończyn. Drugi wykorzystuje nieinwazyjną technologię bezprzewodowych urządzeń do noszenia, która zapewnia mniej precyzyjną kontrolę, ale ma tę zaletę, że nie wymaga operacji na mózgu i może być szybciej udostępniona pacjentom.” – powiedział Bouton w wywiadzie dla internetowego magazynu IEEE Spectrum.
Ludzka dłoń jest jednym z najbardziej skomplikowanych narządów ruchu. Jej prawidłowe działanie wymaga niesłychanej precyzji połączonej z perfekcyjną koordynacją ze zmysłem czucia. Natężenie dotyku wpływa na ruch pióra na kartce papieru, brzmienie instrumentu muzycznego i skuteczność cięcia skalpela chirurgicznego. Ręka odbiera sygnały cieplne, pomaga rozpoznać fakturę powierzchni, słowem dostarcza ogromną ilość informacji niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania w otaczającym nas świecie. Do tego wszystkiego, oprócz własnej mięśniowej elastyczności, ręka w sposób nie do końca dla nas zrozumiały potrafi sterować zewnętrznymi urządzeniami i systemami pozwalając przełożyć decyzję naszej woli na działanie wielkich maszyn i precyzyjnych urządzeń.
* IMU (ang. inertial measurement unit) jest jednostką do nawigacji inercyjnej wyposażoną w jeden lub wiele trójosiowych żyroskopów i trójosiowych przyspieszeniomierzy. Rozwiązanie to pozwala na dokładne śledzenie orientacji obiektu w dwóch osiach. (źródło: Wikipedia)
Zespół Chada Bouton pracuje również nad projektem dwukierunkowego obejścia nerwowego, w którym implanty mózgowe będą odbierać sygnały zwrotne z czujników umieszczonych na kończynie. „Mamy nadzieję, że ten system przywróci zarówno ruch, jak i czucie, dlatego rozpoczęliśmy badanie kliniczne, aby przetestować to podejście. Chcemy, aby ludzie tacy jak Burkhart czuli dotyk gitary, gdy tworzą muzykę swoimi sparaliżowanymi dłońmi.”
Opracowanie własne na podstawie następujących źródeł:
Bioelectronic Medicine, IEEE SPECTRUM, NOISE
Licencja: CC BY-NC-SA
