Hvordan hjernen implantater kan hjelpe lamme mennesker

Selv en så enkel bevegelse som å løfte en kopp te, krever kroppen mye action. Musklene i hender må arbeide for å flytte den til koppen. Musklene i håndflaten skal være åpen, slik at du kan ta tak i koppen, og deretter lukke fingrene rundt for å holde henne tilbake. Deretter må skuldermusklene holde hånden slik at den ikke vakle på grunn av den ekstra vekten av koppen. Alle disse musklene må jobbe nøyaktig og på en koordinert måte, mens du tror du har bare brygget te seg.

Hvordan får jeg lamme musklene?

Det er derfor å gjøre lammet lemmer for å flytte igjen så hardt. Mesteparten av lamme musklene kan virke, men deres tilknytning til hjernen er gått tapt, slik at de ikke får instruksjoner for handling. Dessverre, leger har ennå ikke lært å gjenopprette ryggmargsskade, men det er en løsning. Vi kan komme rundt det, og for å gi instruksjoner til musklene kunstig. Gjennom utvikling av teknologi for lesing og tolkning av hjernens aktivitet, disse instruksjonene kan komme direkte fra pasientens hode.

Vi kan gjøre lamme musklene til å arbeide ved å stimulere deres elektroder som er anordnet i dem, eller rundt nervene som forsyner dem. Denne teknologi er kjent som "funksjonell elektrisk stimulering." Det kan brukes ikke bare til å hjelpe lamme mennesker til å flytte, men også for å gjenopprette blærefunksjon, for å stimulere effektiv hoste, samt for smertelindring. Denne teknologien kan gjøre en stor forskjell i livene til mennesker med ryggmargsskade.

En studie av forskere

Dimitar Blanc og hennes kolleger jobber med å kombinere denne teknologien med et komplekst sett med instruksjoner for å betjene med én hånd. Hvis du ønsker å plukke opp en kopp te, som er nødvendig for å stimulere musklene, når og hvor mye? Disse instruksjonene er svært kompleks, og ikke bare på grunn av det store antallet av muskler som er involvert her. Så snart du drikker te, har instruksjonene endret, fordi vekten av koppen vil avta. For å gjøre noe annet, for eksempel klø nesen, vil instruksjoner være helt annerledes.

I stedet for bare å teste ulike instruksjoner til den lamme musklene i håp om å finne ut hva som fungerer, forskerne brukt datamodeller i muskel-skjelettsystemet å beregne dem. Disse modellene er matematisk beskrivelse av hvordan muskler, bein og ledd operere under bevegelser. I simuleringen, er det mulig å gjøre musklene sterkere eller svakere, lam eller stimulert utenfor. Derfor er det mulig å raskt og trygt teste forskjellige pulsmønstre for å se hvilke som er mer vellykket.

modellering av muskler

For å teste den teknologi, implanterte forskere 24 elektroder i muskler og nerver av deltagerne. De brukte en simulering for å bestemme hvor for å plassere elektrodene, fordi lamme musklene mer enn elektrodene i moderne systemer av funksjonell elektrisk stimulering.

Hvis du hadde et valg, hva bedre stimulere musklene: subscapularis eller periosteal? Hvis det er nødvendig å stimulere aksillær nerve, hvor du vil plassere elektroden? For å svare på disse vanskelige spørsmålene, forskerne brukt en simulering med ulike sett av elektroder, og velg det som tillot en datamodell for å få mest mulig effektiv bevegelse.

For tiden laget arbeider på en arm som stabiliserer muskelgruppe, idet nevnte roterende hylse. Hvis instruksjonene som du får til det, kan feil hånd hoppe ut av skulderen. Det er derfor datasimuleringer er uunnværlig i denne studien. For å sette disse eksperimenter deltakerne ingen ville ha våget.

nye utfordringer

Vet hvordan å aktivere lamme musklene for å produsere nyttig trafikk - dette er bare halve problemet. Forskere må også bestemme på hvilket tidspunkt å aktivere musklene, for eksempel når brukeren ønsker å plukke opp en gjenstand. Ett av alternativene - er overføring av denne informasjonen direkte fra hjernen. Nylig forskere fra USA brukte implantatet for å lytte til enkeltceller i hjernen til en lam person. Da de forskjellige bevegelser i forbindelse med ulike former for hjerneaktivitet, kan deltageren velge en av seks pre-programmerte bevegelser, som så ble generert ved å stimulere musklene i hånden.

hjernen lesing

Selv om dette er et spennende skritt fremover i feltet av nevrale proteser, mange problemer forblir uløst. Ideelt sett bør hjerneimplantater fungere for mange tiår. Men i øyeblikket er det vanskelig å registrere selv de signalene som er nødvendig i løpet av noen uker, slik at disse systemene må regelmessig kalibreres. Ved hjelp av den nye utforminger av implantater eller ulike signaler fra hjernen kan bedre langtidsstabilitet.

I tillegg implantater lytte til bare en liten brøkdel av de millioner av celler som styrer våre lemmer, slik at omfanget av bevegelse kan være ganske begrenset. Imidlertid er kontroll av hjernen robot lemmer med en viss grad av frihet ennå blitt gjort og mulighetene for denne teknologien utvikler seg raskt.

teknologien i fremtiden

Til slutt, glatt og uanstrengt bevegelse som vi oppfatter som noe tatt for gitt, er styrt av en rik sensorisk feedback system som forteller hjernen hvor våre hender, og når våre fingre berører stedene. Disse signalene kan gå tapt etter skaden, så forskerne jobber også med hjernen implantater som kan gjenopprette følelse og bevegelse.

Noen forskere mener at hjernen lesing teknologien kan hjelpe folk mer effektivt anvendelig til å samhandle med datamaskiner, mobiltelefoner og til og med direkte fra hjernen til andre mennesker. Men nå er det fortsatt i riket av science fiction, mens hjernen styrer til medisinsk bruk er raskt blitt en klinisk virkelighet.