Как мозъчните импланти могат да помогнат парализирани

Дори такъв просто движение, като вдигане на чаша чай, тялото ви се нуждае от много екшън. Мускулите на ръцете трябва да работят, за да го преместите в чашата. Мускулите на дланта ви трябва да бъдат отворени, така че можете да хванете чашата и след това затворете пръстите му наоколо, за да я задържи. След това, раменните мускули, трябва да държат ръката, така че не се колебаят заради допълнителното тегло на чашата. Всички тези мускули трябва да работят точно и по координиран начин, докато си мислиш, че току-що сварено самия чай.

Как мога да получа парализираните мускули?

Ето защо, за да се направи парализиран крайник да се движат отново толкова трудно. Повечето от парализираните мускули все още може да работи, но връзката им с мозъка е бил загубен, така че те не получават инструкции за действие. За съжаление, лекарите все още не са се научили да се възстанови увреждане на гръбначния мозък, но има решение. Ние може да получи около него и да дава указания към мускулите изкуствено. Чрез разработването на технология за четене и интерпретация на мозъчната активност, тези инструкции може да идват директно от главата на пациента.

Ние можем да направим парализираните мускули, за да работят, като стимулират техните електроди, разположени в тях или на нервите, които ги доставят. Тази технология е известна като "функционална електрическа стимулация." Тя може да се използва не само за да помогне на парализирани пациенти да се движат, но също така и да се възстанови функцията на пикочния мехур, за да се стимулира ефективното кашлица, както и за облекчаване на болката. Тази технология може да направи голяма разлика в живота на хората с увреждания на гръбначния мозък.

Проучване на изследователи

Димитър Блан и колегите й работят върху това как да се съчетаят тази технология с сложен набор от инструкции, необходими за работа с една ръка. Ако искате да вземете чаша чай, което е необходимо, за да се стимулира мускулите, кога и колко? Тези указания са много сложни, и не само заради големия брой мускули, които са включени тук. Веднага след като се пие чай, инструкциите са се променили, тъй като теглото на чашата ще намалее. С цел да се направи нещо друго, например, се почеше носа си, инструкции ще бъдат съвсем различни.

Вместо просто да изпробвате различни инструкции за парализирани мускули, надявайки се да намерят тези, които работят, изследователите използват компютърни модели на опорно-двигателния апарат, за да ги изчисли. Тези модели са математическото описание на това как работят мускулите, костите и ставите по време на движение. В симулацията, че е възможно да се направи мускулите по-силни или по-слаби, парализиран или стимулирани отвън. Поради това е възможно да се бързо и безопасно тестване на различни модели импулсни, за да видите кои от тях са по-успешни.

моделиране на мускулите

За да тествате тази технология, учените имплантирани електроди 24 в мускулите и нервите на участниците в проучването. Те използват симулация, за да реши къде да се поставят електродите, защото парализираните мускули повече от електродите в модерните системи за функционална електрическа стимулация.

Ако сте имали избор, какъв по-добър стимулира мускулите: subscapularis или образуването на костно вещество? Ако е необходимо да се стимулира аксиларни нерв, където искате да поставите на електрода? За да отговорим на тези трудни въпроси, учените използват симулация с различен набор от електроди, и изберете този, който позволи на компютърен модел, за да се направи най-ефективно движение.

В момента екипът работи по рамо, което се стабилизира мускулна група, на въртящия втулката. Ако инструкциите, които ще получите, за да го, грешната страна може да скочи от рамото. Ето защо компютърни симулации са незаменими в това проучване. За да поставите тези експерименти участници никой не би се осмелил.

нови предизвикателства

Знаеш ли как да активирате парализираните мускули, за да произвеждат полезна трафик - това е само половината от проблема. Учените също трябва да вземе решение по кое време да се активира мускулите, например, когато потребителят иска да се вземе предмет. Един от вариантите - е предаването на тази информация директно от мозъка. Наскоро изследователи от САЩ използват импланта за слушане на отделни клетки в мозъка на парализиран човек. Тъй като различните движения, свързани с различни форми на мозъчната дейност, участникът може да избере една от шестте предварително програмирани движения, които след това бяха генерирани чрез стимулиране на мускулите на ръката.

мозъка четене

Въпреки, че това е една вълнуваща стъпка напред в областта на невронни протези, много проблеми остават нерешени. В идеалния случай, мозъчни импланти трябва да работят в продължение на много десетилетия. Но в момента е трудно да се записва дори и сигналите, които са необходими в рамките на няколко седмици, така че тези системи трябва редовно да се калибрират. Използването на нови дизайни на импланти или различни мозъчни сигнали може да подобри дългосрочната стабилност.

В допълнение, импланти слушат само малка част от милионите клетки, които контролират нашите крайници, така че степента на движение може да бъде доста ограничен. Въпреки това, контрола на мозъка роботизирани крайници с определена степен на свобода все още не е направено и възможностите на тази технология се развива с бързи темпове.

технология на бъдещето

И накрая, гладки, без усилие движение, което ние възприемаме като нещо се приема за даденост, се ръководим от богата сензорна система за обратна връзка, която казва на мозъка, където нашите ръце, а когато пръстите ни докоснат предметите. Тези сигнали могат да бъдат загубени след нараняване, така че изследователите са също работят по мозъчни импланти, които могат да възстановят усещане и движение.

Някои учени смятат, че технологията на мозъка четене може да помогне на хората по-ефективно работи, за да си взаимодействат с компютри, мобилни телефони и дори директно от мозъците на други хора. Въпреки това, сега тя остава в сферата на научната фантастика, а контролите на мозъка за медицински приложения, бързо се превръща в клинична реалност.