De ontwikkeling van 'geestgestuurde' bionische apparaten is vandaag weer een stap dichterbij gekomen met de publicatie van een Nature Biotechnology paper beschrijft hoe een kleine, 3cm lange stent met 12-elektroden op een dag mensen met ruggenmergletsel zou kunnen helpen om te lopen met de kracht van het denken.

Het apparaat, de "stentrode" genoemd, wordt in de halsader in de nek ingebracht en duwt de ader omhoog totdat deze de motorische cortex van de hersenen bereikt, die verantwoordelijk is voor spieractiviteit.

Ik maakte deel uit van het 39-persoonsteam dat het apparaat ontwikkelt en test, en we plannen nu een klinisch onderzoek volgend jaar in Victoria.

Hoe werkt het?

De positie van de stentrode, naast de motorische cortex, maakt het mogelijk om neurale signalen te ontvangen die beweging initiëren. Het stuurt die signalen naar beneden 12 microleads naar een computerinterface.

De universiteit van Melbourne. bron

Hier worden de signalen vertaald in informatie die alles kan manipuleren, van een bionische prothese tot een exoskelet van het hele lichaam, een extern skelet van het transformatortype.

Het werk bouwt voort op eerder onderzoek, dat in 2002 is gevonden apen kunnen een computercursor verplaatsen met de kracht van gedachten. Dit toonde aan dat het theoretisch mogelijk was om een ​​bionisch lidmaat te beheersen met alleen gedachte.

Vervolgens gebruikten onderzoekers elektrode-apparaten, zoals de Utah elektrode arrayen implanteerde ze chirurgisch net onder de schedel in de cortex bij mensen. Deze apparaten hebben verbluffende resultaten opgeleverd, waaronder de vermogen voor verlamde patiënten om een ​​afgelegen bionische ledemaat te bedienen, volledig gescheiden van het lichaam, en een slokje koffie te nemen. Deze apparaten worden nog steeds ontwikkeld door een bedrijf genaamd BrainGate.

Het inbrengen van deze apparaten vereist echter een grote hersenchirurgie die risico's op infectie en immuunafstoting met zich meebrengt. Chirurgisch geïmplanteerde elektrode-arrays kunnen ook hersenontsteking veroorzaken en leiden tot verslechtering van de signaalkwaliteit gedurende zes maanden tot een jaar.

De stentrode is bedoeld om deze problemen te overwinnen. Door in de vasculatuur van de hersenen te zitten, wordt de stentrode opgenomen in de vaatwand en beschermt deze tegen de immuuncellen van de hersenen. Onze preklinische studies tonen aan dat de hersenen signaleren dat de stentrode-opname in de loop van de tijd schoner en sterker wordt naarmate deze bloedvatopname plaatsvindt.

Volgende stap: patiënten implanteren

De eerste patiënten die de stentrode-implantaten krijgen, zijn mensen die een ruggenmergletsel hebben opgelopen en uiteindelijk quadriplegie hebben gehad.

Voordat het implantaat wordt ontvangen, ondergaan patiënten functionele MRI-scanning. Ze zullen worden gevraagd zich voor te stellen dat ze hun arm naar links en rechts, op en neer bewegen en zich voorstellen dat ze hun hand naar doelen op een computerscherm bewegen.

Dit zal een virtuele kaart produceren van de motorische cortex waar de chirurgen naar kunnen streven tijdens de stentrode-implantatiechirurgie, om ervoor te zorgen dat het apparaat over het juiste gebied van de motorische cortex ligt.

Dan begint het eigen brein van de patiënt met een leerparadigma, vergelijkbaar met het leren bespelen van een instrument of een nieuwe motorische vaardigheid. Neuronen in de motorische cortex zullen vuren in reactie op de gedachte van een patiënt, die vervolgens wordt vertaald in een beweging van een cursor, bionische ledemaat of exoskelet.

Aanvankelijk zullen die bewegingen schokkerig, ongecoördineerd zijn en het verkeerde resultaat opleveren. Maar door een proces van vallen en opstaan, zullen de neuroplastische eigenschappen van de hersenen het toelaten om de neurale activiteit te verfijnen, waardoor uiteindelijk gecoördineerde activiteiten mogelijk zijn, zoals een koffie drinken of wandelen met behulp van een exoskelet.

Andere mogelijke toepassingen

Het sterk vertakte vasculaire systeem van de hersenen betekent dat de stentrode mogelijk in andere bloedvaten kan worden afgezet om een ​​verscheidenheid aan ziekten te behandelen.

Het heeft het potentieel om epileptische aanvallen te voorspellen, bijvoorbeeld als het in het hersengebied wordt geplaatst dat aanleiding geeft tot de aanvallen. De neurale activiteit van de hersenen verandert op voorspelbare manieren vóór het begin van een aanval. De stentrode kan deze veelzeggende waarschuwingssignalen opvangen en de patiënt waarschuwen om alle activiteiten te staken die hen of anderen in gevaar zouden kunnen brengen, zoals autorijden of zwemmen.

De stentrode kan ook worden gebruikt als een neurostimulatie-apparaat. Huidige therapieën voor de ziekte van Parkinson omvatten diepe hersenstimulatie (DBS) om de dopamine vrij te geven die nodig is voor soepele, gecoördineerde bewegingen. Het gebruik van de stentrode als alternatieve stimulator zou het verlichten risico's van stimulerende implantaten diep in de hersenen.

Het apparaat kan ook mensen met motorneuronziekte (MND) helpen die zijn beroofd van het vermogen om te bewegen, praten, eten en uiteindelijk ademen. In het stadium waarin mensen het vermogen om te communiceren verliezen, kan de stentrode worden gebruikt om een ​​interface te bieden voor mensen om een ​​computer te bedienen. Dit kan hen waardevolle maanden of jaren geven waar ze kunnen blijven communiceren met hun geliefden.

De eerste klinische proeven bij de stentrode zijn gepland voor 2017. Op voorwaarde dat we de verwachte resultaten zien, hopen we dat een commercieel beschikbare versie van de technologie beschikbaar zou zijn in de eerste helft van de 2020's.

In de tussentijd is een doel om meer elektroden toe te voegen, waardoor fijnere controle mogelijk is voor verlamde patiënten om niet alleen weer te lopen, maar ook fijne vingerbewegingen te krijgen. Zouden we ooit een 'verlamde' vioolvirtuoos kunnen zien? We kunnen het proberen.