Kedua-dua pesakit lumpuh berdiri dan berjalan di atas treadmill dalam masa yang singkat. Ini prestasi yang mengagumkan dimungkinkan oleh pembedahan baru yang belum pernah terjadi sebelumnya, di mana penyelidik menanamkan peranti tanpa wayar di otak pesakit yang mencatat aktiviti otak mereka. Teknologi ini membenarkan otak untuk berkomunikasi dengan kaki-melangkau laluan korda tulang belakang-sehingga pesakit sekali lagi dapat menguasai semula.
Kandungan Terkait
- Bagaimana Hacking Neural Networks Boleh Membantu Amputees Flawlessly Crack sebuah Telur
- Lima Lelaki Lumpuh Pindah Kaki mereka Sekali lagi dalam Kajian UCLA
Pesakit-pesakit ini, ternyata, adalah monyet. Tetapi langkah kecil untuk monyet ini boleh membawa kepada lonjakan gergasi bagi berjuta-juta manusia yang lumpuh: Peralatan yang sama telah diluluskan untuk digunakan pada manusia, dan kajian klinikal sedang dijalankan di Switzerland untuk menguji keberkesanan terapeutik kaedah rangsangan saraf tunjang pada manusia (tolak implan otak). Sekarang para penyelidik mempunyai bukti-konsep, jenis neuroteknologi tanpa wayar ini dapat mengubah masa depan pemulihan lumpuh.
Daripada cuba membaiki laluan korda tulang belakang yang rosak yang biasanya menyampaikan isyarat otak kepada anggota badan, saintis mencuba pendekatan inovatif untuk melumpuhkan kelumpuhan: Mengurangkan kesesakan kecederaan sama sekali. Implan berfungsi sebagai jambatan antara otak dan kaki, mengarahkan gerakan kaki dan perangsang gerakan otot dalam masa nyata, kata Tomislav Milekovic, seorang penyelidik di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Switzerland. Milekovic dan penulis bersama melaporkan penemuan mereka dalam satu kertas baru yang diterbitkan Rabu dalam jurnal Nature .
Apabila rangkaian saraf otak memproses maklumat, ia menghasilkan isyarat tersendiri-yang mana para saintis telah belajar menafsirkannya. Mereka yang memandu berjalan di primata berasal dari daerah berukuran dime yang dikenali sebagai korteks motor. Dalam individu yang sihat, isyarat bergerak ke bawah saraf tunjang ke kawasan lumbar, di mana mereka mengarahkan pengaktifan otot kaki untuk membolehkan berjalan.
Sekiranya kecederaan traumatik membatalkan hubungan ini, sesuatu subjek lumpuh. Walaupun otak masih dapat menghasilkan isyarat yang tepat, dan rangkaian neural yang mengaktifkan otot kaki utuh, isyarat-isyarat ini tidak akan sampai ke kaki. Para penyelidik berjaya menyusun semula sambungan secara real-time, teknologi wayarles-prestasi yang tidak pernah berlaku sebelum ini.
Bagaimanakah sistem berfungsi? Antara muka tiruan pasukan bermula dengan pelbagai hampir 100 elektrod yang ditanamkan dalam korteks motor otak. Ia disambungkan ke peranti rakaman yang mengukur pengaktifan aktiviti elektrik di otak yang mengawal pergerakan kaki. Peranti ini menghantar isyarat ini ke komputer yang mendekodkan dan menerjemahkan arahan ini kepada pelbagai elektrod lain yang ditanamkan di korda tulang belakang yang lebih rendah, di bawah kecederaan. Apabila kumpulan elektrod kedua menerima arahan, ia mengaktifkan kumpulan otot yang sesuai di kaki.
Untuk kajian ini, dua monyet kera Rhesus diberi kecederaan saraf tunjang di makmal. Selepas pembedahan mereka, mereka terpaksa menghabiskan beberapa hari pulih dan menunggu sistem untuk mengumpul dan mengkalibrasi data yang diperlukan mengenai keadaan mereka. Tetapi hanya enam hari selepas kecederaan, seorang monyet sedang berjalan di atas treadmill. Yang lain naik dan berjalan pada hari kecederaan pasca 16.
Kejayaan implan otak menunjukkan buat kali pertama bagaimana rangsangan neuroteknologi dan rangsangan saraf tunjang dapat memulihkan keupayaan primat untuk berjalan. "Sistem ini memulihkan gerakan locomotor dengan serta-merta tanpa sebarang latihan atau pembelajaran semula, " kata Milekovic, yang jurutera sistem neuroprostetik yang didorong data, memberitahu Smithsonian.com.
"Kali pertama kita memusingkan antara muka otak-otak adalah sejenak yang saya tidak akan lupa, " tambah penyelidik EPFL, Marc Capogrosso dalam satu kenyataan.
Implan otak yang baru secara wayarles menghantar isyarat kepada kumpulan otot kaki. (Ilustrasi oleh Jemere Ruby) Teknik "menggodam" rangkaian saraf otak telah menghasilkan prestasi yang luar biasa, seperti membantu mewujudkan prostetik sensitif sentuh yang membolehkan pemakai melakukan tugas yang halus seperti retak telur. Tetapi banyak usaha ini menggunakan sambungan kabel antara otak dan peranti rakaman, yang bermaksud subjek tidak dapat bergerak dengan bebas. Kawalan neural gerakan tangan dan lengan diselidik dengan terperinci, sementara tumpuan kurang diberikan kepada kawalan neuron pada gerakan kaki, yang memerlukan haiwan bergerak bebas dan alami, "kata Milekovic.
Christian Ethier, seorang ahli ilmu saraf di Quebec Université Laval yang tidak terlibat dalam penyelidikan itu, memanggil kerja itu sebagai "langkah utama ke hadapan dalam pembangunan sistem neuroprostetik." Dia menambah: "Saya percaya demonstrasi ini akan mempercepat terjemahan otak invasif -komputer ke arah aplikasi manusia.
Dalam Berita & Pemandangan yang menyertainya di Alam, ahli sains saraf Andrew Jackson bersetuju, menunjukkan betapa cepatnya kemajuan dalam bidang ini telah berpindah dari monyet kepada orang. Sebagai kertas kerja 2008, contohnya, menunjukkan bahawa monyet lumpuh dapat mengawal lengan robot dengan hanya otak mereka; empat tahun kemudian seorang wanita lumpuh melakukan perkara yang sama. Pada awal tahun ini, rangsangan otot yang dikawal oleh otak membolehkan orang yang menggunakan quadriplegic untuk memegang barangan, antara lain kemahiran tangan praktikal, selepas prestasi yang sama dicapai pada monyet pada tahun 2012.
Menyimpulkan dari sejarah Jackson, "tidaklah masuk akal untuk membuat spekulasi bahwa kita dapat melihat demonstrasi klinik pertama antarmuka antara otak dan saraf tunjang pada akhir dekade."
Pelbagai elektrod Blackrock yang ditanam di otak monyet 'telah digunakan selama 12 tahun untuk berjaya merekodkan aktiviti otak dalam ujian klinikal BrainGate; banyak kajian telah menunjukkan bahawa isyarat ini dapat mengawal secara tepat peranti neuroprostetik kompleks. "Walaupun ia memerlukan pembedahan, array itu merupakan urutan magnitud yang lebih kecil daripada simulator otak dalam pembedahan yang telah diimplan yang telah digunakan oleh lebih daripada 130, 000 orang dengan penyakit Parkinson atau gangguan pergerakan lain, " tambah Milekovic.
Walaupun ujian ini terhad kepada beberapa fasa aktiviti otak yang berkaitan dengan berjalan kaki, Ethier mencadangkan bahawa ia berpotensi untuk membolehkan pergerakan yang lebih besar pada masa akan datang. "Menggunakan implan otak yang sama, adalah mungkin untuk memodekkan niat pergerakan dengan lebih terperinci, sama dengan apa yang telah kami lakukan untuk memulihkan fungsi genggaman. ... Saya menjangkakan perkembangan masa depan akan melampaui dan mungkin termasuk kebolehan lain seperti mengimbangi halangan dan menyesuaikan kelajuan berjalan. "
Ethier mencatatkan satu lagi kemungkinan yang menarik: Sistem wayarles mungkin sebenarnya membantu tubuh menyembuhkan dirinya sendiri. "Dengan melakukan penyegerakan semula aktiviti di pusat otak dan pusat tulang belakang, mereka boleh mempromosikan apa yang disebut 'neuroplasticity yang bergantung kepada aktiviti, ' dan menyatukan apa-apa sambungan terhindar yang mengaitkan otak ke otot, " katanya. "Ini boleh memberi kesan terapeutik jangka panjang dan menggalakkan pemulihan semulajadi fungsi melebihi apa yang mungkin dengan terapi pemulihan konvensional."
Fenomena ini tidak difahami dengan baik, dan kemungkinan masih spekulatif pada masa ini, tegasnya. Tetapi pencapaian yang ketara penyelidikan ini menunjukkan-membantu berjalan lumpuh lagi dengan otak mereka-sudah menjadi langkah besar.
