الشلل وجراحة الدماغ
جدول المحتويات:
قد تقدم اختراقات علمية في تكنولوجيا واجهات الدماغ والكمبيوتر أملا جديدا للتغلب على الشلل.
في آخر تقدم، استعاد رجل مع شلل الرب الذي أصيب بالشلل قبل ثماني سنوات حركة وظيفية لذراعه.
أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنتكان يتغذى بيده باستخدام هذه التكنولوجيا، وهي الأولى في التاريخ الطبي.
باحثون في جامعة كيس ويسترن ريزيرف في أوهايو أعلنوا نتائجهم في 28 مارس في المجلة الطبية البريطانية ذي لانسيت.
>وجاء إعلان حالة الغربية في اليوم بعد أن كشف رجل الأعمال إيلون موسك (من السيارة الكهربائية تسلا وشركة الصواريخ سباسكس) خطط لتطوير تكنولوجيا مماثلة.
أدفرتيسيمنت"الدانتيل العصبي" للمسك، وفقا لتقرير في صحيفة وول ستريت جورنال، سوف يربط الدماغ مباشرة مع جهاز كمبيوتر.
وفي الوقت نفسه، يعمل العلماء في جامعة ولاية أوهايو (أوسو) مع مريض يعانون من الشلل، وقد وضعت تقنية مماثلة لتلك التي في كيس الغربية.
فريق أوسو هو تطوير التكنولوجيا مع العلماء في معهد باتيل التذكاري، وهي منظمة غير ربحية في ولاية أوهايو التي تخلق الأجهزة الطبية.
اقرأ المزيد: إكسوسكيليتونس مساعدة الناس مع الشلل المشي مرة أخرى »
فك رموز الدماغ
حالة العلماء الغربيين كانوا يعملون مع بيل كوشيفار، البالغ من العمر 53 عاما مع الرباعية الذي أصيب في حادث دراجة.
قام الباحثون بزرع عصبية تعمل على فك رموز إشارات الدماغ ونقلها إلى أجهزة الاستشعار في ذراعه، مما ساعده على استعادة الحركة في يده وذراعه.
روبرت كيرش، دكتوراه، رئيس قسم الحالة الغربية للهندسة الطبية الحيوية، المدير التنفيذي لمركز التحفيز الكهربائي الوظيفي (فيس) الجامعي، هو المؤلف الرئيسي للبحث.
أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنتودعا اختراق خطوة كبيرة.
"لقد أظهرنا جدوى تسجيل نوايا حركة شخص ما ومن ثم جعل ذراعه يجعل تلك الحركات".
هو فقط يفكر في نقل ذراعه والذراع يتحرك كما ينوي. بولو أجيبوي، جامعة كيس ويسترن ريزيرفأوضح زميل كيرش بولو أجيبوي، وهو أستاذ مساعد في الهندسة الطبية الحيوية في كيس ويسترن، وأحد الباحثين في مركز لويس ستوكس كليفلاند الطبي لأخصائيي شؤون المحاربين القدامى، كيف تعمل هذه التقنية.
أدفرتيسيمنت"تحدث حركة عادية في الأشخاص الذين يعانون من نقص في الصوت لأن القشرة الحركية تولد أمر حركة، ويمثل إشارات كهربائية، يتم تمريرها عبر الحبل الشوكي، ثم ينشط العضلات المناسبة"، وقال أجيبوي هيلثلاين.
إصابة الحبل الشوكي تمنع تلك النبضات الكهربائية من الوصول إلى العضلات، كما أوضح، لكن الأمر الأصلي للحركة لا يزال مشفرا بشكل صحيح في أنماط الدماغ من النشاط الكهربائي.
أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنت"يسجل نظامنا نمط النشاط الكهربائي من خلال زرع الدماغ ويستخدم الخوارزميات الرياضية لفك شفرة في أمر الحركة التي يقصدها الشخص مع الشلل. يتم تحويل هذا الأمر إلى نمط التحفيز الكهربائي الذي يتم تطبيقه على المجموعة الصحيحة من العضلات لإنتاج الحركة. وبالنسبة للسيد كوشيفار، فإن العملية سلسة وغير مرئية. في كلماته، يقول انه مجرد التفكير في تحريك ذراعه والذراع يتحرك كما ينوي. "
وأشار أجيبوي أيضا إلى ما هي هذه التكنولوجيا الجديدة ليست كذلك.
وقد حاول العلم عدة مرات "إصلاح" العمود الفقري التالف من خلال هندسة الأنسجة وإعادة النمو دون نجاح، وقال.
أدفرتيسيمنت"كنا نحب للعلماء أن يجدوا طريقة لإعادة إنشاء الحبل الشوكي وإعادة الاتصال به باستخدام علاجات الخلايا". "ومع ذلك، يستخدم نهجنا الحالي التكنولوجيا للتحايل على إصابة العمود الفقري للحصول على إشارات الحركة من الدماغ إلى المجموعة الصحيحة من العضلات لإنتاج الحركة.
وتقنيات أخرى تساعد الأشخاص الذين يعانون من الشلل لاستعادة وظيفة تقتصر عادة على الأجهزة التي يمكن السيطرة عليها باستخدام أصواتهم وحركات العين، أو عن طريق تحريك رؤوسهم.
أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنتومع ذلك، لا شيء من هذه الأجهزة تسمح للسيطرة على الشخص نفسه.
"أجهزتنا تسمح للمستخدم بتحريك أطرافه فقط بالتفكير". "أريد أن أوضح أن نظامنا يتحايل على إصابة العمود الفقري، بدلا من عكس الشلل. وبدون النظام، لا يزال المستخدم مشلولا، ولا يوجد أي دليل يشير إلى أن استخدام هذا النظام سيؤدي في نهاية المطاف إلى إعادة نمو العمود الفقري، أو من شأنه أن يعيد القدرة على التحرك بدون النظام. "
اقرأ المزيد: زرع يساعد الناس مع الشلل استعادة استخدام أطرافهم»
كيف تعمل التكنولوجيا
لماذا هي التكنولوجيا الغربية القضية فريدة من نوعها؟
هذا النظام هو أول من استخدم كل من واجهة الكمبيوتر زرع الدماغ مع نظام فيس لتنشيط كهربائيا العضلات المشلولة.
وقبل ذلك، عالج العلماء عددا من الناس يعانون من الشلل ولكن مع نهج واحد فقط أو الآخر.
كوشيفار هو أول شخص لتجربة هذه التكنولوجيا مجتمعة.
قال أجيبوي أن العديد من المجموعات البحثية استخدمت نظام واجهة الدماغ مع البشر ومع الرئيسيات غير البشرية. وتمكنت كلتا المجموعتين الاختباريتين من أداء مهام مثل تحريك المؤشرات على شاشة الكمبيوتر أو نقل الأسلحة الآلية.
"قام مركز فيس الخاص بنا خلال السنوات ال 25 إلى الثلاثين الماضية بتزوير أنظمة فيس للأشخاص المصابين بإصابات في النخاع الشوكي لاستعادة عدد من الوظائف، بما في ذلك الوقوف والمشي والتنفس وحركات اليد والذراع".
انضم كوشيفار إلى مشروع كيس ويسترن ريزارتش في عام 2014. وتلقى زرع دماغه في ديسمبر من ذلك العام.في عام 2015، كيرشش، أجيبوي، وزملائهم زرع أقطاب في عضلات ذراعه واليد.
علمت كوتشيفار لتفعيل إشارات الدماغ للسيطرة على الأجهزة المختلفة.
"كان علينا أولا أن نراقب حركة ذراع افتراضية على شاشة الكمبيوتر، في حين يتصور في نفس الوقت جعل نفس الحركات مع ذراعه"، وقال أجيبوي. "هذا ولدت أنماط النشاط العصبي. ثم وضعنا فك العصبي، خوارزمية رياضية التي تتعلق أنماط ولدت من النشاط العصبي مع جوانب الحركات الذراع الظاهري. "
بعد ذلك، كان لديهم كوشيفار السيطرة على الذراع الظاهري من خلال توليد أنماط من إشارات الدماغ التي تم تفسيرها بعد ذلك من قبل فك العصبي، وقال أجيبوي.
كوتشيفار مدربة لنقل الذراع الظاهري بدقة إلى أهداف محددة في مساحة العمل. وحدد العلماء السيطرة على الدماغ من الذراع الظاهري، واكتشف أنه كان قادرا على السيطرة عليه على الفور تقريبا، وقال أجيبوي. وبالإضافة إلى ذلك، حققت كوشيفار بسرعة نسبيا نسبة نجاح 95 إلى 100 في المئة من دقة الهدف.
وأخيرا، كان العلماء محاولة كوشيفار لتحريك ذراعه من خلال التحفيز فيس في عملية من خطوتين.
"انتقلنا يدويا ذراعه (عن طريق التحفيز الكهربائي) وأمره أن يتصور أنه كان في السيطرة على حركات ذراعه"، وقال أجيبوي. "مرة أخرى، وهذا ساعد على توليد أنماط المطلوب من النشاط العصبي، والتي كنا لبناء وبناء لدينا فك العصبي. كان لدينا له استخدام فك العصبي النهائي لقيادة حركات ذراعه، وإعادة تحفيزها من خلال التحفيز الكهربائي. كان قادرا على التحرك على الفور ذراعه كما هو مطلوب، وحصلت تدريجيا بشكل أفضل مع زيادة الاستخدام. "
في مقطع فيديو صادر عن كيس ويسترن، قال كوشيفار:" كان مذهلا لأنني فكرت في تحريك ذراعي وفعلت. أنا يمكن أن تتحرك داخل وخارج، صعودا وهبوطا. "
منذ كان كوشيفار الشلل على المدى الطويل، وكانت عضلاته ضعيفة في البداية وسهلة التعب. حسبما ذكر اجيبوى.
لبناء قوة العضلات ومقاومة التعب، وفريق "تمارس" عضلاته لعدة ساعات في اليوم باستخدام التحفيز الكهربائي من دون نظام واجهة الدماغ.
مع مرور الوقت، زادت هذه الممارسة المحفزة كهربائيا قوته العضلية وقدرته على استخدام النظام لفترة أطول دون تعب.
اقرأ المزيد: رجل يستعيد القدرة على المشي باستخدام موجات الدماغ الخاصة به
واجهات الدماغ والكمبيوتر
مثل الابتكارات حالة الغربية، ساعد الابتكار ولاية أوهايو رجل مع الحمر الرباعي لاستخدام يده بعد سنوات من الشلل.
ترأس فريق البحث الدكتور علي رضائي، أستاذ جراحة الأعصاب وعلم الأعصاب، ومدير مركز جراحة الأعصاب في مركز ويكسنر الطبي بالجامعة.
أصيب المريض، إيان بوركهارت، بإصابة حبل شوكي حادة في سن 19 أثناء حادث غوص. تركته مع القليل من وظيفة وحركة في كتفيه وعضلة ذات الرأسين، وعدم حركة من المرفقين بيديه.
"لقد طور فريقنا تقنية واجهة الدماغ والكمبيوتر التي تتجاوز الحبل الشوكي المتضرر، مما يسمح للمريض مثل إيان بإصابة الحبل الشوكي و كوادريبليجيا ولا وظيفة يديه لمدة خمس سنوات لمجرد استخدام أفكاره لنقل له لا يهدأ ليأتي على قيد الحياة وتحت سيطرته ".
في أبريل 2014، زرع رازاي رقاقة صغيرة حجم رأس ممحاة قلم رصاص على سطح القشرة الحركية للدماغ بوركهارت. سجلت رقاقة 96 ميكرولتروديس اطلاق النار من الخلايا العصبية الفردية له.
طور رضاي وزملاؤه نظام الالتفافية العصبية، الذي يسجل ويحلل نشاط الدماغ الذي يحدث عندما ينوي بوركهارت نقل يده.
بعد تجاوز الحبل الشوكي المتضرر والتواصل التالف من الدماغ إلى أعصاب العضلات، يربط النظام إشارة الدماغ بوركهارت مع كم من الملابس الخارجية، وقال ريزاي.
هذا يتيح بوركهارت لتحريك يده.
"إن زرع الدماغ يسجل ويفسر إشارات الدماغ المرتبطة بالأفكار، ويربطها بمالبس خارجية يمكن ارتداؤها للسيطرة على عضلاته". "إنه نظام تحفيز عصبي عضلي. والأفكار المرتبطة بنية التحرك - على سبيل المثال فتح اليد - ترتبط ومتصلة في غضون ميلي ثانية إلى حركة اليد الوظيفية الفعلية. "وقال
الجيل الأول من الملابس يمكن ارتداؤها كم الملابس الخارجية ونظام التحفيز، لديه ما يصل إلى 160 أقطاب تحفيز" تتكون من هيدروجيل فائقة مرنة - عالية الوضوح، ومجموعة عالية الدقة من الأقطاب التي تتفق مع الأشكال المختلفة وملامح مثل الساعد. "
يمكن تشكيل الملابس في كم، قفاز، جورب، السراويل، حزام، رئيس الفرقة، وغيرها من العوامل الشكل.
"هناك حاجة لتعقيد وتنسيق كبير للسماح للحركات بطريقة سلسة لالتقاط النمام لإثارة القهوة، واستخدام فرشاة الأسنان، أو لعب لعبة فيديو"، قال. "هذا الخوارزمية تعلم الجهاز هو تحسين وتنقيح الحركات من الحركات الخام والمتقطع، إلى حركات أكثر سلاسة والسوائل. "
اقرأ المزيد: التكنولوجيا الحيوية التي تساعد على استعادة السيطرة على العضلات»
التفاؤل للمستقبل
علماء الأعصاب مراقبة اختراقات مؤخرا وأعجبت وتفاؤلا.
جوزيف O'Doherty، دكتوراه، وهو زميل بارز لدراسات ما بعد الدكتوراه في مختبر فيليب صابيس في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو، مركز علم الأعصاب التكاملي، ويدعو هذه التطورات الأخيرة في تكنولوجيا واجهة الدماغ والحاسوب "الرائدة. "
" ويوضح هذا البحث أن الأطراف المشلولة يمكن إعادة إدارتها - من خلال الفكر وحده - لاستعادة الحركات المنسقة والمتعددة الحلقات المهمة للحياة اليومية: الوصول، والاستيعاب، والأكل، والشرب ". "إنها دليل على مبدأ التظاهر الذي يثير احتمال أن العلاجات المماثلة قد تجد قريبا تبني خارج العيادة. "
كان العلماء يعملون على واجهات الدماغ والكمبيوتر، بشكل أو بآخر، منذ أواخر الستينيات، كما قال. وقد تقدم المجال من السيطرة على مؤشرات الكمبيوتر، والكراسي المتحركة المتحركة والأسلحة الروبوتية، إلى، الآن، إعادة السيطرة الطوعية على أطرافه.
"أوديوهيرتي قال:" غالبا ما يضر إصابة الحبل الشوكي بمعنى اللمس وكذلك القدرة على التحرك. "استعادة الأحاسيس أطرافهم سيكون عنصرا حاسما من الأعصاب التي تسمح السوائل والطبيعية الحركات. "
" لا يزال هناك العديد من التحديات التي يجب التغلب عليها "، ولكن هذه النتيجة الجديدة، جنبا إلى جنب مع العديد من التطورات ذات الصلة في التكنولوجيا اللاسلكية، وتكنولوجيا البطاريات، وعلوم المواد، وأكثر من ذلك، يجعلني متفائلا جدا حول الأجهزة العصبية الاصطناعية لاستعادة الحركة والإحساس تصبح متاحة على نطاق واسع. "
هذه الابتكارات تقدم الأمل وإمكانية استعادة الحركة وزيادة الاستقلالية لكثير من المرضى الذين يعانون من الشلل أو إعاقات جسدية أخرى. الدكتور علي رزاي، جامعة ولاية أوهايو مركز ويكسنر الطبيوقال ريزاي 12،000 شخص في الولايات المتحدة كل عام إصابة النخاع الشوكي، و 300،000 يعيشون مع مثل هذه الإصابات الناجمة عن حوادث السيارات والصدمات الرياضية والإصابات الرياضية ، ويسقط.
أقل من 1 في المئة تحقيق الانتعاش الكامل، ومعظمهم من العجز التي تعتمد على مختلف التقنيات المساعدة والتكيف لتوفير درجة محدودة من الاستقلال.
"هذه الابتكارات تقدم الأمل وإمكانية استعادة الحركة وزيادة الاستقلالية لكثير من المرضى الذين يعانون من الشلل أو إعاقات جسدية أخرى". "بالإضافة إلى التحسينات الحركية، وهذه التكنولوجيا لها آثار محتملة بالنسبة لأولئك الذين يعانون من العجز الحسي، والألم المزمن، والكلام، والسكتة الدماغية، والمعرفية، والقلق، والآثار السلوكية. "
وقال رضائي إنه يأمل في أن يتمكن قريبا من ذوي الإعاقات الجسدية والحسية والإدراكية وغيرها من الإعاقات من أن يكونوا أكثر وظيفية، وأن يتمتعوا بقدر أكبر من الاستقلالية، ونوعية حياة أفضل.
"هدفنا هو جعل هذه التكنولوجيا أقل الغازية، والحد من حجم الجهاز، تصغير أجهزة الاستشعار، وجعل النظام اللاسلكية، وتوفير النظام في المنزل بدلا من في المختبر"، وقال.
يعمل فريق كيس ويسترن أيضا على تطوير نظامه من الناحية التكنولوجية.
"نحن بحاجة إلى تطوير واجهة الدماغ اللاسلكية لتحل محل الكابل الذي يربط المستخدم إلى مجموعة من أجهزة الكمبيوتر التسجيل"، وقال أجيبوي. "نحن بحاجة إلى تعزيز زرع الدماغ لطول العمر، وزيادة عدد الخلايا العصبية يمكننا تسجيل من، وتطوير واجهة الدماغ مزروع بالكامل ونظام التحفيز الكهربائي وظيفية. "
