Hvordan implantater og en robotarm lar en lammet mann gjenvinne følelsen

Nathan Copeland, en 28-årig mann som ikke kunne føle eller flytte underarmer og ben etter en bilulykke, har gjenvunnet følelsen av å røre gjennom en robotarm som han styrer med hjernen hans.

Copelands operasjon, som involverte å implantere fire små mikroelektroder, arrayer hver omtrent halvparten av en skjorteknapp i hjernen, er en medisinsk først.

Implantatene kobles til Brain Computer Interface (BCI), utviklet av forskere ved University of Pittsburgh. Laget beskriver resultatene i Science translasjonell medisin.

"Det viktigste resultatet i denne studien er at mikrostimulering av sensorisk cortex kan fremkalle naturlig følelse i stedet for kribling," sier studieforfatter Andrew B. Schwartz, professor i nevrobiologi og leder for systemvitenskap. “Denne stimuleringen er trygg, og de fremkalte følelsene er stabile over flere måneder.

{youtube}L1bO-29FhMU{/youtube}

"Det er fortsatt mye forskning som må utføres for å bedre forstå stimuleringsmønstrene som trengs for å hjelpe pasientene til å gjøre bedre bevegelser."


innerself abonnere grafikk


Dette er ikke lagets første forsøk på en BCI. For fire år siden studerte medforfatter Jennifer Collinger, assisterende professor i fysisk medisin og rehabilitering, og forsker for VA Pittsburgh Healthcare System, og teamet demonstrerte en BCI som hjalp Jan Scheuermann, som har quadriplegia forårsaket av en degenerativ sykdom. Videoen av Scheuermann fôrer seg sjokolade Ved å bruke den sjekkstyrte robotarmen ble det sett rundt om i verden. Før det, Tim Hemmes, lammet i en motorsykkelulykke, nådde ut for å berøre hender med kjæresten sin.

Men måten våre armer naturlig beveger seg og samhandler med miljøet rundt oss skyldes mer enn bare å tenke og flytte de riktige musklene. Vi er i stand til å skille mellom et stykke kake og en sodavann gjennom berøring, og tar kaken opp mer forsiktig enn kanen. Den konstante tilbakemeldingen vi mottar fra berøringsfølsomhet er av avgjørende betydning, da det forteller hjernen hvor du skal flytte og hvor mye.

For studieleder Robert Gaunt, assisterende professor i fysisk medisin og rehabilitering, var det neste skrittet for BCI.

Da Gaunt og kolleger var på utkikk etter den rette kandidaten, utviklet og raffinerte de systemet deres slik at innganger fra robotarmen overføres gjennom et mikroelektrodearrangement implantert i hjernen der nevronene som styrer håndbevegelsen og berøringen, befinner seg. Mikroelektroderarmen og styresystemet, som ble utviklet av Blackrock Microsystems, sammen med roboten, som ble bygd av Johns Hopkins Universitys Applied Physics Lab, dannet alle stykkene av puslespillet.

Copelands historie

Om vinteren på 2004, Copeland, som var 18 på den tiden, kjørte om natten på regnvær, da han var i en bilulykke som snappet nakken og skadet ryggmargen, forlot ham med quadriplegia fra øvre bryst ned.

Etter ulykken hadde han registrert seg på et register over pasienter som var villige til å delta i kliniske studier. Nesten et tiår senere spurte forskergruppen om han var interessert i å delta i forsøksstudien.

Etter at han hadde bestått testene, ble Copeland rullet inn i operasjonsrommet i foråret. Imaging teknikker ble brukt til å identifisere de eksakte områdene i Copeland hjernen som svarer til følelser i hver av fingrene og hans håndflate.

"Jeg kan føle omtrent hver eneste finger - det er en veldig rar følelse," sa Copeland om en måned etter operasjonen. "Noen ganger føles det elektrisk og noen ganger presset, men for det meste kan jeg fortelle de fleste fingrene med klar presisjon. Det føles som at fingrene mine blir rørt eller presset. "

På dette tidspunktet kan Copeland føle seg trykket og skille intensiteten til en viss grad, selv om han ikke kan identifisere hvorvidt et stoff er varmt eller kaldt, forklarer studien medforsker og nevrokirurg Elizabeth Tyler-Kabara.

Gaunt sier alt om arbeidet er ment å gjøre bruk av hjernens naturlige, eksisterende evner for å gi folk tilbake det som gikk tapt, men ikke glemt.

"Det ultimate målet er å skape et system som beveger seg og føles akkurat som en naturlig arm ville," sier Gaunt. "Vi har en lang vei å gå for å komme dit, men dette er en god start."

Forsvarsforskningsprosjektets byrås revolusjonerende protesprogram ga det meste av finansieringen.

kilde: University of Pittsburgh

Relaterte bøker:

at InnerSelf Market og Amazon