Исследователи продвигаются в поисках устройства, которое позволит людям, парализованным в результате травмы или инсульта, двигать конечностями.
Цель состоит в том, чтобы сделать такое устройство, которое будет имплантировано в мозг и интерпретировать сигналы мозга, доступным для клинических испытаний через восемь-десять лет.
Такие устройства "может изменить правила игры," сказал Раджеш Рао, директор Центра сенсомоторной нейронной инженерии Вашингтонского университета. "Это радикально изменит способ оказания помощи людям, перенесшим инсульт или травму спинного мозга," он сказал.
Национальный научный фонд выделил центру 16 миллионов долларов в течение следующих четырех лет на его исследования. Центр возглавляет Университет Ваашингтона и включает исследователей из Массачусетского технологического института, Государственного университета Сан-Диего и других.
Центр был основан в 2011 году стоимостью 18 долларов США.5 миллионов федеральных грантов, и за последние четыре года его открытия заложили основу для технологических достижений, которые могут вывести устройства на рынок в ближайшее десятилетие, сказал Рао. Через пять лет центр надеется получить доказательства того, что такую систему можно имплантировать животным и некоторым пациентам-людям.
По его словам, когда центр был впервые создан, исследователи изучали несколько разных областей, но у них не было конкретной миссии. И была некоторая неуверенность в том, продолжит ли Национальный научный фонд финансировать исследования.
Рао занял пост директора в 2013 году и сосредоточил исследования центра на имплантируемых устройствах головного мозга, которые могут помочь при инсульте или травмах спинного мозга, а также при прогрессирующих неврологических заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона. Это привело к возобновлению федерального гранта в этом году, сказал он.
Имплантируемые устройства будут работать, посылая сигналы между областями мозга или нервной системы, которые больше не взаимодействуют друг с другом из-за травмы или инсульта.
На данный момент лаборатория разработала "двунаправленный" устройства, которые могут улавливать сигналы мозга, декодировать информацию, а затем отправлять ее в другие части нервной системы. Цель состоит в том, чтобы создать устройства, которые создают новый искусственный путь, позволяющий информации обходить поврежденные участки мозга или нервной системы.
"Это очень целенаправленный подход к реабилитации, в отличие от лекарств или физиотерапии," он сказал.
По его словам, чтобы устройство работало должным образом, исследователи должны разработать мощные алгоритмы, которые могут правильно расшифровывать сигналы мозга и доставлять информацию в соответствующий участок тела.
Что касается аппаратного обеспечения, исследователи должны создавать устройства, которые могут быть встроены в нервную ткань и не будут отвергнуты. По словам Рао, ткань мозга имеет тенденцию инкапсулировать встроенные электроды в рубцовую ткань, что мешает им функционировать должным образом.
И исследователи должны понимать, как мозг перестраивается после травмы и как он может адаптироваться к искусственному устройству.
В команду входят профессора информатики и инженерии, нейробиологи и нейрохирурги.
Грант на исследования также оплачивает исследования этики использования таких устройств. Имплантируемое устройство, которое помогает контролировать движение, может касаться "фундаментальные проблемы идентичности," Рао сказал. Эта проблема была поднята другими типами имплантируемых устройств, которые лечат психоневрологические расстройства, такие как депрессия.
В лаборатории специалисты по этике и профессора философии "постоянно задавать вопросы о значении технологии, которую они разрабатывают," он сказал.
Рао описал работу центра как совместное предприятие академических кругов и промышленности.
Центр сотрудничает с Medtronic, ирландской компанией по производству медицинского оборудования, которая также работает с Вашингтонским университетом над устройством для стимуляции мозга, своего рода кардиостимулятором. Устройство лечит расстройство нервной системы, эссенциальный тремор, вызывающий ритмическую дрожь в руках.
Первое поколение устройств для стимуляции мозга постоянно подает электрические импульсы в мозг – даже когда пациент отдыхает – разряжая аккумулятор устройства и приводя к большему количеству операций по их замене.
Исследователи центра работают над новым поколением устройств, которые могут контролировать мозг и обеспечивать целенаправленную электрическую стимуляцию только при необходимости.
Рао сказал, что исследователи также изучают способы беспроводного питания имплантируемых устройств, чтобы их батареи не нуждались в замене.