Wanasayansi wametumia waya "ubongo-uti wa mgongo" wa wireless kupitisha majeraha ya uti wa mgongo kwenye jozi ya rhesus macaques, kurudisha harakati za makusudi za kutembea kwa mguu uliopooza kwa muda.

Watafiti wanasema hii ni mara ya kwanza bandia ya neva kutumiwa kurudisha harakati za kutembea moja kwa moja kwa miguu ya nyani wasio wanadamu.

"Mfumo ambao tumebuni hutumia ishara zilizorekodiwa kutoka kwa gamba la ubongo ili kuchochea kusisimua kwa umeme wa neva kwenye uti wa mgongo ambayo inahusika na locomotion," anasema David Borton, profesa msaidizi wa uhandisi katika Chuo Kikuu cha Brown na mwandishi mwenza mwenza ya utafiti. "Pamoja na mfumo kuwashwa, wanyama katika utafiti wetu walikuwa na vurugu za kawaida."

Kazi hiyo inaweza kusaidia katika kuunda mfumo kama huo iliyoundwa kwa wanadamu ambao wamekuwa na majeraha ya uti wa mgongo.

Anzisha tena mawasiliano

"Kuna ushahidi unaonyesha kuwa mfumo wa kuchochea mgongo unaodhibitiwa na ubongo unaweza kuongeza ukarabati baada ya jeraha la uti wa mgongo," Borton anasema. "Hii ni hatua kuelekea kujaribu zaidi uwezekano huo."

Grégoire Courtine, profesa wa Ecole Polytechnique Federale Lausanne (EPFL) ambaye aliongoza ushirikiano, ameanza majaribio ya kliniki nchini Uswizi ili kujaribu sehemu ya mgongo ya kiolesura. Anaonya: "Kuna changamoto nyingi mbele na inaweza kuchukua miaka kadhaa kabla ya vifaa vyote vya uingiliaji huu kujaribiwa kwa watu."

Kutembea kunawezekana kwa sababu ya mwingiliano tata kati ya neuroni kwenye ubongo na uti wa mgongo. Ishara za umeme zinazotokana na gamba la ubongo husafiri kwenda kwenye eneo lumbar kwenye uti wa mgongo wa chini, ambapo huamsha neuroni za motor zinazoratibu harakati za misuli inayohusika na kupanua na kugeuza mguu.

Kuumia kwa mgongo wa juu kunaweza kukata mawasiliano kati ya ubongo na chini ya uti wa mgongo. Wote gamba la neva na neva za mgongo zinaweza kufanya kazi kikamilifu, lakini hawawezi kuratibu shughuli zao. Lengo la utafiti huo lilikuwa kuanzisha tena mawasiliano hayo.

Muunganisho wa ubongo-uti wa mgongo hutumia safu ya elektroni ya ukubwa wa kidonge iliyowekwa kwenye ubongo kurekodi ishara kutoka kwa gamba la gari. Teknolojia ya sensa ilitengenezwa kwa sehemu kwa matumizi ya uchunguzi kwa wanadamu na ushirikiano wa BrainGate, timu ya utafiti ambayo inajumuisha Brown, Chuo Kikuu cha Case Western Reserve, Hospitali Kuu ya Massachusetts, Kituo cha Matibabu cha Providence VA, na Chuo Kikuu cha Stanford.

Teknolojia hiyo inatumika katika majaribio ya kliniki ya majaribio, na ilitumika hapo awali katika kujifunza wakiongozwa na mtaalam wa neuroengineer Leigh Hochberg ambamo watu wenye tetraplegia waliweza kutumia mkono wa roboti kwa kufikiria tu juu ya mwendo wa mikono yao wenyewe.

Neurosensor isiyo na waya, iliyotengenezwa katika maabara ya neuroengineering ya profesa wa Brown Arto Nurmikko na timu iliyojumuisha Borton, hutuma ishara zilizokusanywa na chip ya ubongo bila waya kwa kompyuta inayowachagua na kuzirudisha bila waya kwa kichocheo cha uti wa mgongo kilichowekwa kwenye lumbar. mgongo, chini ya eneo la kuumia. Kichocheo hicho cha umeme, kilichowasilishwa kwa mifumo iliyoratibiwa na ubongo uliotengwa, inaashiria mishipa ya uti wa mgongo inayodhibiti locomotion.

Ili kurekebisha usuluhishi wa ishara za ubongo, watafiti walipandikiza sensa ya ubongo na kipitishaji kisichotumia waya kwenye macaque zenye afya. Ishara zilizotumwa na sensorer zinaweza kuwekwa kwenye harakati za miguu ya wanyama. Walionyesha kuwa dekoda iliweza kutabiri kwa usahihi majimbo ya ubongo yanayohusiana na ugani na kupunguka kwa misuli ya mguu.

Wireless ni muhimu

Uwezo wa kupitisha ishara za ubongo bila waya ulikuwa muhimu kwa kazi hii, Borton anasema. Mifumo ya kuhisi ubongo inayotumia waya hupunguza uhuru wa kutembea, ambayo pia hupunguza watafiti wa habari wana uwezo wa kukusanya juu ya locomotion.

"Kufanya hivi bila waya kunatuwezesha kuweka ramani ya shughuli za neva katika mazingira ya kawaida na wakati wa tabia ya asili," Borton anasema. "Ikiwa kweli tunakusudia neuroprosthetics ambayo siku moja inaweza kupelekwa kusaidia wagonjwa wa kibinadamu wakati wa shughuli za maisha ya kila siku, teknolojia kama hizo za kurekodi ambazo hazijatengwa zitakuwa muhimu."

Kwa kazi ya sasa, iliyochapishwa katika Nature, Watafiti walichanganya uelewa wao wa jinsi ishara za ubongo zinavyoathiri kuchomoka na ramani za mgongo, zilizotengenezwa na maabara ya Courtine huko EPFL, ambayo iligundua maeneo yenye nguvu ya neva kwenye mgongo unaohusika na udhibiti wa locomotor. Hiyo iliiwezesha timu kutambua mizunguko ya neva ambayo inapaswa kuchochewa na upandikizaji wa mgongo.

Pamoja na vipande hivi mahali, watafiti kisha wakajaribu mfumo mzima kwenye macaque mbili na vidonda ambavyo vilikuwa nusu ya uti wa mgongo kwenye mgongo wao wa kifua. Macaque na aina hii ya jeraha kwa ujumla hupata udhibiti wa utendaji wa mguu ulioathiriwa kwa kipindi cha mwezi mmoja au zaidi, watafiti wanasema. Timu ilijaribu mfumo wao katika wiki zilizofuata kuumia, wakati bado hakukuwa na udhibiti wa hiari juu ya mguu ulioathiriwa.

Matokeo yanaonyesha kuwa na mfumo ulipowashwa, wanyama walianza kusonga miguu yao kwa miguu wakati wa kutembea kwenye mashine ya kukanyaga. Ulinganisho wa Kinematic na udhibiti mzuri wa afya ulionyesha kuwa macaque yaliyopigwa vidonda, kwa msaada wa kusisimua inayodhibitiwa na ubongo, waliweza kutoa mifumo ya kawaida ya locomotor.

Wakati wanaonyesha kuwa mfumo hufanya kazi kwa wanyama wasio wa kibinadamu ni hatua muhimu, watafiti walisisitiza kuwa kazi zaidi lazima ifanyike ili kuanza kuupima mfumo huo kwa wanadamu. Walionyesha pia mapungufu kadhaa katika utafiti.

Kwa mfano, wakati mfumo uliotumiwa katika somo hili ulifanikiwa kupeleka ishara kutoka kwa ubongo hadi mgongo, haina uwezo wa kurudisha habari ya hisia kwenye ubongo. Timu pia haikuweza kujaribu ni shinikizo ngapi wanyama waliweza kutumia kwa mguu ulioathiriwa. Ingawa ilikuwa wazi kuwa kiungo hicho kilikuwa na uzito, haikujulikana kutoka kwa kazi hii ni kiasi gani.

"Katika utafiti kamili wa tafsiri, tunataka kufanya hesabu zaidi juu ya jinsi mnyama alivyo sawa wakati wa kutembea na kupima nguvu wanazoweza kutumia," Borton anasema.

Licha ya mapungufu, utafiti unaweka hatua ya masomo ya baadaye katika nyani na, wakati fulani, uwezekano kama msaada wa ukarabati kwa wanadamu.

"Kuna adage katika neuroscience kwamba mizunguko ambayo moto pamoja waya pamoja," Borton anasema. "Wazo hapa ni kwamba kwa kushirikisha ubongo na uti wa mgongo pamoja, tunaweza kuongeza ukuaji wa nyaya wakati wa ukarabati. Hayo ni moja ya malengo makuu ya kazi hii na lengo la uwanja huu kwa ujumla. "

Ufadhili ulitoka kwa Programu ya Mfumo wa Saba wa Jumuiya ya Ulaya, Shirika la Kimataifa la Utafiti katika Paraplegia Start Grant kutoka Baraza la Utafiti la Uropa, Kituo cha Wyss huko Geneva Marie Curie Fellowship, Marie Curie COFUND EPFL ushirika, Ushirika wa Mfuko wa Kupooza wa Morton Cure, NanoTera.ch Programu, Kituo cha Uwezo wa Kitaifa katika Utafiti katika mpango wa Robotiki Sinergia, Sino-Uswisi Sayansi na Ushirikiano wa Teknolojia, na Msingi wa Sayansi ya Kitaifa ya Uswizi.

chanzo: Chuo Kikuu cha Brown

{youtube}pDLCuCpn_iw{/youtube}

Vitabu kuhusiana:

at InnerSelf Market na Amazon