Через клиническое сотрудничество между Калифорнийским технологическим институтом, Медициной Keck USC и Ранчо Лос Друзья Национальный Реабилитационный центр, теперь 34-летний Sorto – первый человек в мире, который будет иметь нервное протезное устройство, внедренное в область мозга, где намерения сделаны, дав ему способность выполнить жидкий жест подтверждения связи, выпить напиток, и даже играть «скалу, бумагу, ножницы», используя роботизированную руку.Нервные протезные устройства, внедренные в центр движения мозга, двигательную зону коры головного мозга, могут позволить пациентам с параличом управлять движением автоматизированной конечности.
Однако текущее нейропротезирование производит движение, которое отложено и вяленое мясо – не гладкие и на вид автоматические жесты, связанные с естественным движением. Теперь, внедряя нейропротезирование в часть мозга, который управляет не движением непосредственно, а скорее нашим намерением переместиться, исследователи Калифорнийского технологического института развивали способ произвести более естественные и жидкие движения.
Разработанный, чтобы проверить безопасность и эффективность этого нового подхода, клиническое испытание было во главе с научным руководителем Ричардом Андерсеном, профессором Джеймса Г. Босвелла Нейробиологии в Калифорнийском технологическом институте, нейрохирурге Чарльзе И. Лю, преподавателе неврологической хирургии, невралгии, и биоинженерии в USC, и невропатолога Минди Эйсена, главного медицинского специалиста в Ранчо Лос Друзья.Андерсен и его коллеги хотели улучшить многосторонность движения, которое нейропротезное может предложить пациентам, делая запись сигналов от различного отдела головного мозга кроме двигательной зоны коры головного мозга, т.е., задняя париетальная кора (PPC), познавательная область высокого уровня. В более ранних исследованиях на животных лаборатория Андерсена нашла, что это здесь в PPC, что начальное намерение сделать движение сформировано.
Эти намерения тогда переданы к двигательной зоне коры головного мозга через спинной мозг, и на руках и ногах, где движение выполнено.«PPC находится ранее в пути, таким образом, сигналы там более связаны с планированием движения – что Вы на самом деле намереваетесь сделать – а не детали выполнения движения», говорит Андерсен. «Когда Вы двигаете рукой, Вы действительно не думаете, о которых мышцах активировать и детали движения – такие как лифт рука, вытягивают руку, схватывают чашку, закрывают руку вокруг чашки, и так далее.
Вместо этого Вы думаете о цели движения, например, ‘Я хочу взять ту чашку воды’. Таким образом в этом испытании, мы успешно смогли расшифровать эти фактические намерения, прося, чтобы предмет просто вообразил движение в целом, вместо того, чтобы разломал его на несметное число компонентов.
Мы ожидали, что сигналы от PPC будут легче для пациентов использовать, в конечном счете заставляя движение обработать больше жидкости».Устройство было хирургическим путем имплантировано в мозг Сорто в Больнице Keck USC в апреле 2013, и он с тех пор был обучением с исследователями Калифорнийского технологического института и штатом в Ранчо Лос Друзья, чтобы управлять компьютерным курсором и роботизированной рукой с его умом. Исследователи видели, на что они надеялись: интуитивное движение роботизированной руки.Sorto, отец-одиночка двух лет, который парализовался больше 10 лет, был взволнован с быстрыми результатами: «Я был удивлен тем, насколько легкий это было [чтобы управлять роботизированной рукой]», говорит он. «Я не забываю просто иметь этот внетелесный опыт, и я хотел просто бежать вокруг и хлопнуть по ладони всем».
ХирургияОперационная бригада в Медицине Keck USC выполнила беспрецедентное нейропротезное внедрение в пятичасовую хирургию 17 апреля 2013.
Лю и его команда внедрили пару небольших множеств электрода в двух частях задней париетальной коры, та, которой средства управления достигают и другой, который управляет схватыванием. Каждый 4 4 множество миллиметра содержит 96 активных электродов что, в свою очередь, каждый отчет деятельность единственных нейронов в PPC. Множества связаны кабелем с системой компьютеров, которые обрабатывают сигналы, чтобы расшифровать намерение мозга и управлять устройствами вывода, такими как компьютерный курсор и роботизированная рука.
«Эти множества очень небольшие, таким образом, их размещение должно быть исключительно точным, и оно взяло огромный объем планирования, работающего с командой Калифорнийского технологического института, чтобы удостовериться, что мы разобрались в нем», говорит Лю, который также является директором Центра Нейровосстановления USC и объединенным главным медицинским специалистом в Ранчо Лос Друзья. «Поскольку это был первый раз, когда любой внедрил эту часть человеческого мозга, все о хирургии отличалось: местоположение, расположение и как Вы управляете аппаратными средствами. Следует иметь в виду, что, что мы в состоянии сделать – способность сделать запись сигналов мозга и расшифровать их, чтобы в конечном счете переместить роботизированную руку – критически зависит от функциональности этих множеств, которая определена в основном во время хирургии».Основная миссия Центра Нейровосстановления USC состоит в том, чтобы усилить партнерства, чтобы создать уникальные возможности перевести научные открытия на эффективные методы лечения.«Мы в пункте в исследовании на человеке, где мы добиваемся огромных успехов в преодолении большого количества неврологической болезни», говорит невропатолог Кристиэнн Хек, адъюнкт-профессор невралгии в USC и соруководителе Центра Нейровосстановления USC. «Эти очень важные ранние клинические испытания могли обеспечить надежду на пациентов со всеми видами неврологических проблем, которые включают паралич, такой как удар, травма головного мозга, АЛЬС и даже рассеянный склероз».
РеабилитацияСпустя шестнадцать дней после его операции внедрения, Sorto начал его учебные семинары в Ранчо Лос Друзья Национальный Реабилитационный центр, где компьютер был приложен непосредственно к портам, простирающимся от его черепа, чтобы общаться с его мозгом. Команды реабилитации профессиональных терапевтов, которые специализируются на помощи пациентам приспособиться к потере функции в их верхних конечностях и «перепроектировать» путь пациенты, делают задачи с функцией, которую они имеют в запасе, работал с Sorto и командой Калифорнийского технологического института ежедневно, чтобы помочь Sorto визуализировать то, на что это было бы похоже, чтобы переместить его руку снова.«Это было большое удивление, что пациент смог управлять конечностью в день one¬ ¬ ¬ – самый первый день, который он попробовал», говорит Андерсен. «Это свидетельствует о том, насколько интуитивный контроль, используя деятельность PPC».
Хотя он смог немедленно переместить манипулятор со своими мыслями, после того, как недели воображения, Sorto усовершенствовал его контроль руки. Теперь, Sorto в состоянии выполнить передовые задачи с его умом, такие как управление компьютерным курсором; питье напитка; создание жеста подтверждения связи; и выполнение различных задач с роботизированной рукой.Эйсен, главный медицинский специалист в Ранчо Лос Друзья, которые возглавили команду реабилитации исследования, говорит, что продвижения в протезировании как они открывают перспективу для будущего терпеливой реабилитации.«Мы в Rancho посвящены продвигающейся реабилитации и восстановлению неврологической функции через новые технологии, которые могут быть вспомогательными или могут способствовать восстановлению, извлекая выгоду из врожденной пластичности человеческой нервной системы», говорит Эйсен, также клинический преподаватель невралгии в Медицинской школе Keck USC. «Это исследование относится к роли робототехники и интерфейсов мозговой машины как вспомогательные устройства, но также и говорит со способностью мозга учиться функционировать новыми способами.
Мы создали уникальную окружающую среду, которая может беспрепятственно объединить реабилитацию, медицину и науку, как иллюстрируется этим исследованием».Сорто нанял, чтобы продолжить работать над проектом в течение третьего года.
Он говорит, что исследование вдохновило его продолжать свое образование и преследовать степень магистра в области социальной работы.«Это исследование было очень значащим мне», говорит Сорто. «Так, как для проекта был нужен я, мне был нужен проект. Это дает мне, большое удовольствие быть частью решения для улучшения парализовало жизни пациентов. Я шучу вокруг с парнями, что я хочу быть в состоянии выпить мое собственное пиво – чтобы быть в состоянии сделать глоток в моем собственном темпе, когда я хочу вынуть глоток из своего пива и не должным быть попросить, чтобы кто-то дал его мне.
Я действительно пропускаю ту независимость. Я думаю, что, если бы это было достаточно безопасно, я действительно любил бы ухаживать за мной – бритье, чистя мои собственные зубы.
Это было бы фантастически».«Лучшее понимание PPC поможет исследователям улучшить нейропротезные устройства будущего», говорит Андерсен. «Что мы имеем, вот уникальное окно в работы сложной мозговой области высокого уровня, поскольку мы работаем совместно с нашими предметами, чтобы усовершенствовать их умение в управлении внешними устройствами».