استخدم العلماء "واجهة الدماغ والعمود الفقري" اللاسلكية لتجاوز إصابات النخاع الشوكي في زوج من قرود المكاك ، مما يعيد حركة المشي المتعمدة إلى الساق المشلولة مؤقتًا.
يقول الباحثون إن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام طرف اصطناعي عصبي لاستعادة حركة المشي مباشرة إلى أرجل الرئيسيات غير البشرية.
يقول ديفيد بورتون ، الأستاذ المساعد في الهندسة بجامعة براون والمؤلف الرئيسي المشارك: "إن النظام الذي طورناه يستخدم إشارات مسجلة من القشرة الحركية للدماغ لإطلاق تحفيز كهربائي منسق للأعصاب في العمود الفقري المسؤول عن الحركة". الدراسة. "مع تشغيل النظام ، كانت الحيوانات في دراستنا تتمتع بحركة طبيعية تقريبًا".
يمكن أن يساعد هذا العمل في تطوير نظام مماثل مصمم للبشر الذين يعانون من إصابات في النخاع الشوكي.
إعادة تأسيس التواصل
"هناك أدلة تشير إلى أن نظام تحفيز العمود الفقري التي تسيطر عليها الدماغ قد يعزز إعادة التأهيل بعد إصابة الحبل الشوكي" ، ويقول بورتون. "هذه خطوة نحو مزيد من الاختبار هذه الإمكانية."
بدأ غريغوار كورتين ، الأستاذ في مدرسة Ecole Polytechnique Federale Lausanne (EPFL) التي قادت التعاون ، تجارب سريرية في سويسرا لاختبار الجزء الخاص بالعمود الفقري من الواجهة. وهو يحذر: "هناك العديد من التحديات أمامنا وقد يستغرق الأمر عدة سنوات قبل أن يتم اختبار جميع مكونات هذا التدخل لدى الأشخاص".
المشي ممكن بسبب التفاعل المعقد بين الخلايا العصبية في الدماغ والحبل الشوكي. تنتقل الإشارات الكهربائية التي تنشأ في القشرة الحركية للدماغ إلى المنطقة القطنية في النخاع الشوكي السفلي ، حيث تنشط الخلايا العصبية الحركية التي تنسق حركة العضلات المسؤولة عن مد الساق وثنيها.
يمكن أن تؤدي الإصابة بالعمود الفقري العلوي إلى قطع الاتصال بين الدماغ وانخفاض الحبل الشوكي. قد يكون كل من القشرة الحركية والخلايا العصبية الشوكية تعمل بكامل طاقتها ، لكنهم غير قادرين على تنسيق نشاطهم. كان الهدف من الدراسة هو إعادة إنشاء بعض ذلك التواصل.
تستخدم الواجهة الدماغية - العمود الفقري مجموعة قطب كهربائي بحجم حبوب منع الحمل مزروعة في الدماغ لتسجيل الإشارات من القشرة الحركية. تم تطوير تقنية المستشعر جزئيًا لاستخدامها في عمليات البحث في البشر بواسطة تعاون BrainGate ، وهو فريق أبحاث يضم براون ، وجامعة Case Western Reserve ، ومستشفى Massachusetts العام ، ومركز Providence VA الطبي ، وجامعة ستانفورد.
يتم استخدام هذه التقنية في التجارب السريرية التجريبية الجارية ، وقد تم استخدامها سابقًا في دراسة بقيادة البني neuroengineer ليه Hochberg في أي الناس الذين يعانون من رباعي الشمل كانوا قادرين على تشغيل الذراع الروبوتية ببساطة عن طريق التفكير في حركة يدهم الخاصة.
يقوم جهاز استشعار عصبي لاسلكي ، تم تطويره في مختبر الهندسة العصبية للأستاذ البني أرتو نورميكو من قبل فريق يضم بورتون ، بإرسال الإشارات التي تجمعها شريحة الدماغ لاسلكياً إلى جهاز كمبيوتر يقوم بفك تشفيرها ويرسلها لاسلكيًا مرة أخرى إلى جهاز تنشيط العمود الفقري الكهربائي مزروع في أسفل الظهر العمود الفقري ، تحت منطقة الإصابة. إن التحفيز الكهربائي ، الذي يتم توصيله في أنماط تنسقها الدماغ المشفرة ، يشير إلى الأعصاب في العمود الفقري التي تتحكم في الحركة.
لمعايرة فك إشارات الدماغ ، زرع الباحثون جهاز استشعار الدماغ وجهاز الإرسال اللاسلكي في قرود المكاك الصحية. يمكن بعد ذلك تعيين الإشارات التي ينقلها المستشعر إلى حركات ساق الحيوانات. أظهروا أن مفكك الشفرة تمكن من التنبؤ بدقة بحالات الدماغ المرتبطة بتمديد وانثناء عضلات الساق.
اللاسلكية أمر بالغ الأهمية
يقول بورتون إن القدرة على نقل إشارات الدماغ لاسلكيا أمر بالغ الأهمية لهذا العمل. تحد أنظمة الاستشعار الدماغي السلكي من حرية الحركة ، مما يحد بدوره من المعلومات التي يستطيع الباحثون جمعها حول الحركة.
يقول بورتون: "إن القيام بذلك لاسلكيًا يساعدنا على رسم خريطة النشاط العصبي في السياقات الطبيعية وخلال السلوك الطبيعي". "إذا كنا نهدف حقًا إلى جراحة الأعصاب التي يمكن نشرها في يوم من الأيام لمساعدة المرضى البشر أثناء أنشطة الحياة اليومية ، فإن تقنيات التسجيل غير المقيدة هذه ستكون بالغة الأهمية".
للعمل الحالي ، نشر في الطبيعةجمع الباحثون فهمهم لكيفية تأثير إشارات الدماغ على الحركة باستخدام خرائط العمود الفقري ، التي طورها مختبر كورتين في EPFL ، والتي حددت النقاط الساخنة العصبية في العمود الفقري المسؤول عن التحكم في الحركي. مكن ذلك الفريق من تحديد الدوائر العصبية التي يجب تحفيزها بواسطة زرع العمود الفقري.
مع هذه القطع في المكان ، قام الباحثون بعد ذلك باختبار النظام بأكمله على اثنين من قرود المكاك مع آفات امتدت نصف الحبل الشوكي في العمود الفقري الصدري. ويقول الباحثون إن قرود المكاك بهذا النوع من الإصابات تستعيد السيطرة الوظيفية للساق المصابة خلال فترة شهر أو نحو ذلك. اختبر الفريق نظامهم في الأسابيع التالية للإصابة ، عندما لم تكن هناك سيطرة إرادية على الساق المصابة.
تظهر النتائج أنه مع تشغيل النظام ، بدأت الحيوانات تتحرك ساقيها بشكل عفوي أثناء المشي في حلقة مفرغة. أظهرت المقارنات الحركية مع الضوابط الصحية أن قرود المكاك الآكلة ، بمساعدة التنبيه المتحكم في الدماغ ، كانت قادرة على إنتاج أنماط حركية طبيعية تقريباً.
في حين أن البرهنة على أن النظام يعمل في الرئيسيات غير البشرية هو خطوة مهمة ، أكد الباحثون أنه لا بد من بذل المزيد من الجهد للبدء في اختبار النظام لدى البشر. وأشاروا أيضا إلى عدة قيود في الدراسة.
على سبيل المثال ، بينما نجح النظام المستخدم في هذه الدراسة في نقل الإشارات من الدماغ إلى العمود الفقري ، فإنه يفتقر إلى القدرة على إعادة المعلومات الحسية إلى الدماغ. كما لم يتمكن الفريق من اختبار مقدار الضغط الذي تمكنت الحيوانات من تقديمه للساق المصابة. بينما كان من الواضح أن الطرف يحمل بعض الوزن ، لم يكن واضحا من هذا العمل كم.
يقول بورتون: "في دراسة متعدية كاملة ، نريد إجراء المزيد من التقدير الكمي حول مدى توازن الحيوان أثناء المشي وقياس القوى التي يستطيعون تطبيقها".
على الرغم من القيود ، فإن البحث يهيئ المسرح للدراسات المستقبلية في الرئيسيات ، وفي مرحلة ما ، يحتمل أن يكون بمثابة مساعدة لإعادة التأهيل في البشر.
يقول بورتون: "هناك مذهب في علم الأعصاب أن الدارات التي تشتعل معاً معاً معاً". "الفكرة هنا هي أنه من خلال إشراك الدماغ والحبل الشوكي معاً ، قد نكون قادرين على تعزيز نمو الدوائر أثناء إعادة التأهيل. هذا أحد الأهداف الرئيسية لهذا العمل وهدف في هذا المجال بشكل عام ".
جاء التمويل من البرنامج الإطاري السابع للمجتمع الأوروبي ، والمؤسسة الدولية للبحوث في الشلل النصفي والتي بدأت بمنحة من مجلس البحوث الأوروبي ، ومنحة ماري كوري في مركز Wyss في جنيف ، وزمالات Marie Curie COFUND EPFL ، وزمالة Medtronic Morton Cure Paralysis Fund ، NanoTera.ch البرنامج ، المركز الوطني للكفاءة في البحث في برنامج Sinergia للروبوتات ، والتعاون العلمي والتكنولوجي الصيني السويسري ، والمؤسسة السويسرية الوطنية للعلوم.
المصدر جامعة براون
{youtube} pDLCuCpn_iw {/ youtube}
كتب ذات صلة:
at سوق InnerSelf و Amazon
