Utviklingen av "tankekontrollerte" bioniske enheter flyttet enda et skritt nærmere i dag med utgivelsen av en Nature Bioteknologi papir som beskriver hvordan en liten, 3 cm lang stent som inneholder 12 elektroder en dag kunne hjelpe mennesker som lever med ryggmargsskade til å gå med tankekraft.

Enheten, kalt "stentrode", settes inn i halsvenen i halsen og skyves opp venen til den når hjernens motoriske cortex, som er ansvarlig for muskelaktivitet.

Jeg har vært en del av teamet på 39 personer som utviklet og testet enheten, og vi planlegger nå en klinisk utprøving neste år i Victoria.

Hvordan virker det?

Stentrodens posisjon, sammen med den motoriske cortex, gjør at den kan motta nevrale signaler som setter i gang bevegelse. Den sender disse signalene ned 12 mikroledninger til et datamaskingrensesnitt.

Universitetet i Melbourne. kilde

Her blir signalene oversatt til informasjon som kan manipulere alt fra et bionisk proteselem til et eksoskjelett av hele kroppen, et eksternt skjelett av transformatortypen.

Arbeidet bygger på tidligere forskning, som i 2002 fant aper kunne flytte en datamaskinmarkør med tankens kraft. Dette viste at det var teoretisk mulig å kontrollere et bionisk lem med tanke alene.

Deretter brukte forskere elektrodeenheter, for eksempel Utah elektrodegruppe, og implanterte dem kirurgisk rett under hodeskallen inn i cortex hos mennesker. Disse enhetene ga fantastiske resultater, inkludert evne til lammede pasienter å betjene et eksternt bionisk lem, helt adskilt fra kroppen, og å ta en slurk kaffe. Disse enhetene utvikles fortsatt av et selskap som heter BrainGate.

Innsetting av disse enhetene krever imidlertid større hjernekirurgi som medfører risiko for infeksjon og immunavstøtning. Kirurgisk implanterte elektrodegrupper kan også forårsake hjernebetennelse og lide av forringelse av signalkvaliteten over seks måneder til et år.

Stentroden har som mål å overvinne disse problemene. Ved å sitte inne i hjernens vaskulatur, blir stentroden innlemmet i karveggen, og skjermer den fra hjernens immunceller. Våre prekliniske studier viser at hjernesignalene stentroden fanger opp faktisk blir renere og sterkere med tiden etter hvert som denne blodkarinkorporeringen finner sted.

Neste trinn: implantering av pasienter

De første pasientene som får stentrodeimplantater vil være personer som har fått en ryggmargsskade og endt opp med quadriplegi.

Før de mottar implantatet, vil pasientene gjennomgå funksjonell MR-skanning. De vil bli bedt om å forestille seg å bevege armen til venstre og høyre, opp og ned, og å forestille seg å bevege hånden mot mål på en dataskjerm.

Dette vil produsere et virtuelt kart over den motoriske cortex kirurgene kan sikte mot under stentrodeimplantasjonsoperasjonen, for å sikre at enheten ligger over den aktuelle delen av den motoriske cortex.

Da vil pasientens egen hjerne begynne et læringsparadigme, veldig likt å lære å spille et instrument, eller en ny motorisk ferdighet. Nevroner i den motoriske cortex vil avfyres som svar på en pasients tanke, som deretter vil bli oversatt til en bevegelse av en markør, bionisk lem eller eksoskeleton.

Til å begynne med vil disse bevegelsene være rykkete, ukoordinerte og gi feil utfall. Men gjennom en prosess med prøving og feiling, vil hjernens nevroplastiske egenskaper tillate den å avgrense den nevrale aktiviteten, og til slutt tillate koordinerte aktiviteter som å drikke en kaffe eller gå ved hjelp av et eksoskjelett.

Andre mulige bruksområder

Det svært forgrenede vaskulære systemet i hjernen betyr at stentroden potensielt kan deponeres i andre kar for å behandle en rekke sykdommer.

Den har potensial til å forutsi epileptiske anfall, for eksempel hvis den plasseres i hjerneområdet som gir opphav til anfallene. Hjernens nevrale aktivitet endres på forutsigbare måter før et anfall begynner. Stentroden kunne fange opp disse varselsignalene, og varsle pasienten om å slutte med aktiviteter som ville sette dem eller andre i fare, for eksempel kjøring eller svømming.

Stentroden kan også brukes som en nevrostimuleringsanordning. Gjeldende terapier for Parkinsons sykdom inkluderer dyphjernestimulering (DBS) for å frigjøre dopaminet som kreves for jevne, koordinerte bevegelser. Å bruke stentroden som en alternativ stimulator vil lindre risikoer implantering av stimulatorer dypt inn i hjernen.

Enheten kan også hjelpe personer med motornevronsykdom (MND) som blir frarøvet evnen til å bevege seg, snakke, spise og til slutt puste. På det stadiet hvor folk mister evnen til å kommunisere, kan stentroden brukes til å gi et grensesnitt for folk å kontrollere en datamaskin. Dette kan gi dem dyrebare måneder eller år hvor de kan fortsette å kommunisere med sine kjære.

Stentrodens første in-human kliniske studier er planlagt til 2017. Forutsatt at vi ser de forventede resultatene, håper vi at en kommersielt tilgjengelig versjon av teknologien vil være tilgjengelig i første halvdel av 2020-tallet.

I mellomtiden er et mål å legge til flere elektroder, noe som gir bedre kontroll for lammede pasienter til ikke bare å gå igjen, men få fine fingerbevegelser. Kunne vi en dag se en «lammet» fiolinvirtuos? Vi kan prøve.