Die Entwicklung von „gedankengesteuerten“ bionischen Geräten rückte heute mit der Veröffentlichung von a einen weiteren Schritt näher Nature Biotechnology paper Beschreiben, wie ein winziger, 3cm langer Stent mit 12-Elektroden eines Tages Menschen mit Rückenmarksverletzungen helfen kann, mit der Kraft des Denkens zu gehen.

Das als „Stentrode“ bezeichnete Gerät wird in die Halsvene eingeführt und die Vene nach oben gedrückt, bis es die motorische Kortikalis des Gehirns erreicht, die für die Muskelaktivität verantwortlich ist.

Ich war Teil des 39-Personenteams, das das Gerät entwickelt und getestet hat, und wir planen jetzt eine klinische Studie im nächsten Jahr in Victoria.

Wie funktioniert es?

Die Position der Stentrode neben dem Motorkortex ermöglicht es ihr, neuronale Signale zu empfangen, die eine Bewegung auslösen. Diese Signale werden über 12-Mikrokabel an eine Computerschnittstelle gesendet.

Die Universität von Melbourne. Quelle

Hier werden die Signale in Informationen umgewandelt, die alles von einem bionischen Prothesenglied bis zu einem Ganzkörper-Exoskelett, einem externen Skelett vom Transformator-Typ, manipulieren können.

Die Arbeit baut auf früheren Forschungen auf, die in 2002 gefunden wurden Affen könnten einen Computercursor bewegen mit der Kraft des Denkens. Dies zeigte, dass es theoretisch möglich war, ein bionisches Glied durch Gedanken alleine zu kontrollieren.

Als nächstes verwendeten die Forscher Elektrodengeräte wie das Utah Elektrodenarrayund implantierte sie chirurgisch direkt unter dem Schädel in die Kortikalis des Menschen. Diese Geräte lieferten erstaunliche Ergebnisse, einschließlich der Fähigkeit für gelähmte Patienten ein entferntes bionisches Glied zu bedienen, das vollständig vom Körper getrennt ist, und einen Schluck Kaffee zu sich zu nehmen. Diese Geräte werden noch von einer Firma namens entwickelt BrainGate.

Das Einsetzen dieser Geräte erfordert jedoch umfangreiche Gehirnoperationen, die mit einem Infektionsrisiko und einer Immunabstoßung verbunden sind. Chirurgisch implantierte Elektrodenarrays können auch eine Entzündung des Gehirns verursachen und über einen Zeitraum von sechs Monaten bis zu einem Jahr eine Verschlechterung der Signalqualität verursachen.

Die Stentrode zielt darauf ab, diese Probleme zu überwinden. Durch das Sitzen im Gefäßsystem des Gehirns wird die Stentrode in die Gefäßwand eingebaut und von den Immunzellen des Gehirns abgeschirmt. Unsere präklinischen Studien zeigen, dass das Gehirn signalisiert, dass die Stentrodenaufnahme mit der Zeit sauberer und stärker wird, wenn diese Blutgefäßinkorporation stattfindet.

Nächster Schritt: Implantation von Patienten

Die ersten Patienten, die Stentrodenimplantate erhalten, sind Menschen, die eine Wirbelsäulenverletzung erlitten haben und an Tetraplegie erkrankt sind.

Vor Erhalt des Implantats werden die Patienten einer funktionellen MRT unterzogen. Sie werden aufgefordert, sich vorzustellen, wie sie ihren Arm nach links und rechts, nach oben und unten und ihre Hand auf Ziele auf einem Computerbildschirm richten.

Dadurch wird eine virtuelle Karte des Motorkortex erstellt, auf die der Chirurg während der Stentrodenimplantation zielen kann, um sicherzustellen, dass das Gerät über dem entsprechenden Bereich des Motorkortex liegt.

Dann beginnt das eigene Gehirn des Patienten ein Lernparadigma, das dem Erlernen eines Instruments oder einer neuen motorischen Fähigkeit sehr ähnlich ist. Neuronen im motorischen Kortex werden als Reaktion auf die Gedanken eines Patienten ausgelöst, die dann in eine Bewegung eines Cursors, eines bionischen Gliedes oder eines Exoskeletts umgesetzt werden.

Anfänglich werden diese Bewegungen ruckartig und unkoordiniert sein und zu einem falschen Ergebnis führen. Durch einen Prozess des Versuchs und Irrtums können die neuroplastischen Eigenschaften des Gehirns jedoch die neuronale Aktivität verfeinern und schließlich koordinierte Aktivitäten wie das Trinken eines Kaffees oder das Gehen mit Hilfe eines Exoskeletts ermöglichen.

Andere mögliche Verwendungen

Aufgrund des stark verzweigten Gefäßsystems des Gehirns könnte die Stentrode möglicherweise in anderen Gefäßen abgelegt werden, um eine Vielzahl von Krankheiten zu behandeln.

Es hat das Potenzial, epileptische Anfälle vorherzusagen, wenn es zum Beispiel in die Hirnregion gebracht wird, die die Anfälle hervorruft. Die neuronale Aktivität des Gehirns ändert sich vor Beginn eines Anfalls auf vorhersehbare Weise. Die Stentrode könnte diese Warnsignale wahrnehmen und den Patienten auffordern, alle Aktivitäten einzustellen, die ihn oder andere gefährden könnten, wie z. B. Fahren oder Schwimmen.

Die Stentrode könnte auch als Neurostimulationsvorrichtung verwendet werden. Aktuelle Therapien für die Parkinson-Krankheit umfassen die Tiefenhirnstimulation (Deep Brain Stimulation, DBS), um das Dopamin freizusetzen, das für reibungslose, koordinierte Bewegungen erforderlich ist. Die Verwendung der Stentrode als alternativer Stimulator würde das Problem lindern Risiken von Stimulatoren tief in das Gehirn zu implantieren.

Das Gerät kann auch Menschen mit Motoneuronerkrankungen (MND) helfen, denen die Fähigkeit genommen wird, sich zu bewegen, zu sprechen, zu essen und schließlich zu atmen. In dem Stadium, in dem Menschen die Fähigkeit zur Kommunikation verlieren, könnte die Stentrode verwendet werden, um eine Schnittstelle für Menschen zur Steuerung eines Computers bereitzustellen. Dies könnte ihnen wertvolle Monate oder Jahre geben, in denen sie weiterhin mit ihren Lieben kommunizieren können.

Die ersten klinischen Versuche des Stentrodes am Menschen sind für 2017 geplant. Vorausgesetzt, wir sehen die erwarteten Ergebnisse, hoffen wir, dass eine im Handel erhältliche Version der Technologie in der ersten Hälfte der 2020 verfügbar sein wird.

In der Zwischenzeit besteht ein Ziel darin, mehr Elektroden hinzuzufügen, damit gelähmte Patienten nicht nur wieder besser kontrollieren, sondern auch feine Fingerbewegungen ausführen können. Könnten wir eines Tages einen „gelähmten“ Geigenvirtuosen sehen? Wir können es versuchen.