Nathan Copeland, een 28-jarige man die na een auto-ongeluk zijn onderarmen en benen niet kon voelen of bewegen, heeft het gevoel van aanraking teruggekregen door een robotarm die hij met zijn hersenen bestuurt.
De operatie van Copeland, waarbij vier minuscule micro-elektrode-arrays elk ongeveer de helft van de grootte van een overhemdsknop in zijn hersenen implanteerden, is een medische prime.
De implantaten verbinden met de Brain Computer Interface (BCI), ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh. Het team beschrijft de resultaten in Science Translational Medicine.
"Het belangrijkste resultaat van deze studie is dat microstimulatie van de sensorische cortex een natuurlijke sensatie kan opwekken in plaats van tintelingen", zegt co-auteur Andrew B. Schwartz, hoogleraar neurobiologie en leerstoel systeemneurowetenschappen. “Deze stimulatie is veilig en de opgewekte sensaties zijn maandenlang stabiel.
{youtube}L1bO-29FhMU{/youtube}
"Er moet nog veel onderzoek worden uitgevoerd om de stimulatiepatronen beter te begrijpen die nodig zijn om patiënten te helpen betere bewegingen te maken."
Dit is niet de eerste poging van het team om een BCI te maken. Vier jaar geleden studeerde co-auteur Jennifer Collinger, assistent-professor in de fysische geneeskunde en revalidatie, en onderzoekwetenschapper voor het VA Pittsburgh Healthcare System, en het team demonstreerde een BCI die Jan Scheuermann, die quadriplegie veroorzaakt door een degeneratieve ziekte, heeft geholpen. De video van Scheuermann die zichzelf chocolade geeft het gebruik van de door de geest gecontroleerde robotarm werd over de hele wereld gezien. Daarvoor, Tim Hemmes, verlamd door een motorongeluk, stak zijn hand uit met zijn vriendin.
Maar de manier waarop onze armen op natuurlijke wijze bewegen en omgaan met de omgeving om ons heen is te danken aan meer dan alleen denken en bewegen van de juiste spieren. We kunnen via aanraking een onderscheid maken tussen een fluitje van een cent en een frisdrankblikje en de cake zachtjes oppakken dan het blikje. De constante feedback die we krijgen van het tastgevoel is van het allergrootste belang omdat het de hersenen vertelt waar ze moeten bewegen en door hoeveel.
Voor studieleider Robert Gaunt, assistent-professor fysische geneeskunde en revalidatie, was dat de volgende stap voor de BCI.
Terwijl Gaunt en collega's op zoek waren naar de juiste kandidaat, ontwikkelden en verfijnden ze hun systeem zodanig dat inputs van de robotarm worden overgedragen via een micro-elektrode-array geïmplanteerd in de hersenen, waar de neuronen die de handbeweging en aanraking besturen, zich bevinden. De micro-elektrodenarray en het besturingssysteem, ontwikkeld door Blackrock Microsystems, samen met de robotarm, die werd gebouwd door het Applied Physics Lab van Johns Hopkins University, vormden alle puzzelstukjes.
Het verhaal van Copeland
In de winter van 2004 reed Copeland, die toen 18 was, 's nachts in regenachtig weer, toen hij in een auto-ongeluk zat, dat zijn nek brak en zijn ruggenmerg verwondde, waardoor hij met quadriplegie vanaf de bovenkist naar beneden kwam.
Na het ongeval had hij een register van patiënten ingeschreven die bereid waren deel te nemen aan klinische onderzoeken. Bijna een decennium later vroeg het onderzoeksteam of hij geïnteresseerd was om deel te nemen aan de experimentele studie.
Nadat hij de screeningstests had doorstaan, werd Copeland afgelopen lente naar de operatiekamer gebracht. Beeldvormende technieken werden gebruikt om de exacte regio's in de hersenen van Copeland te identificeren, wat overeenkomt met gevoelens in elk van zijn vingers en zijn handpalm.
"Ik kan bijna elke vinger voelen, het is echt een rare gewaarwording," zei Copeland ongeveer een maand na de operatie. "Soms voelt het elektrisch en soms zijn druk, maar meestal kan ik de meeste vingers met uiterste precisie vertellen. Het voelt alsof mijn vingers worden aangeraakt of gepusht. "
Op dit moment kan Copeland druk voelen en de intensiteit enigszins onderscheiden, hoewel hij niet kan vaststellen of een stof warm of koud is, legt onderzoekco-onderzoeker en neurochirurg Elizabeth Tyler-Kabara uit.
Gaunt zegt dat alles over het werk bedoeld is om gebruik te maken van de natuurlijke, bestaande mogelijkheden van de hersenen om mensen terug te geven wat verloren was maar niet vergeten.
"Het ultieme doel is om een systeem te creëren dat beweegt en voelt zoals een natuurlijke arm zou doen," zegt Gaunt. "We hebben nog een lange weg te gaan om daar te komen, maar dit is een goed begin."
Het Revolutionizing Prosthetics-programma van Defence Advanced Research Projects Agency voorzag in de meeste financiering.
Bron: University of Pittsburgh
Related Books:
at InnerSelf Market en Amazon
