В клиническом опробовании команда Калифорнийского коллеги и технологического института от Медицины Keck USC удачно внедрили легко такое устройство в больного с quadriplegia, дав ему свойство выполнить жидкий жест подтверждения связи а также играться «гора, бумагу, ножницы» применение отдельной роботизированной руки.Результаты опробования, во главе с научным руководителем Ричардом Андерсеном, доктором наук Джеймса Г. Босвелла Нейробиологии, и включая участников лаборатории Калифорнийского технологического университета Тайсона Афлэло, Спенсера Келлиса, Кристиана Клэеса, Брайана Ли, Ин Ши и Келси Педжсу, изданы в выпуске 22 мая издания Science.«В то время, когда Вы двигаете рукой, Вы вправду не думаете, о которых мышцах активировать и подробности перемещения – такие как лифт рука, вытягивают руку, схватывают чашку, закрывают руку около чашки, и без того потом. Вместо этого Вы думаете о цели перемещения.
К примеру, ‘Я желаю забрать ту чашку воды’», говорит Андерсен. «Так в этом опробовании, мы удачно смогли расшифровать эти фактические намерения, прося, дабы предмет перемещение в целом, вместо того, дабы разломал его на бесчисленные компоненты».К примеру, процесс наблюдения человека и после этого пожимания его руки начинается с визуального сигнала (к примеру, признавая кого-то, кого Вы понимаете), что сперва обработан в более низких визуальных областях коры головного мозга.
Сигнал тогда перемещается до познавательной области большого уровня, известной как задняя париетальная кора (PPC). Тут, начальное намерение сделать перемещение организовано. Эти намерения тогда переданы к двигательной территории коры головного мозга через спинной мозг, и на ногах и руках, где перемещение выполнено.
Высокие повреждения спинного мозга смогут позвать quadriplegia в некоторых больных, по причине того, что сигналы перемещения не смогут добраться от мозга до ног и рук. Как ответ, ранее нейропротезные внедрения применяли маленькие электроды, дабы найти и сделать запись сигналов перемещения на их последней остановке прежде, чем достигнуть спинного мозга: двигательная территория коры головного мозга.
Зарегистрированный сигнал тогда несут через проводные связки с мозга больного на компьютер, где это переведено на инструкцию для автоматизированной конечности. Но, по причине того, что двигательная территория коры головного мозга в большинстве случаев руководит многими мышцами, сигналы имеют тенденцию быть подробными и конкретные. Несколько Калифорнийского технологического университета желала видеть, имело возможность ли бы более простое намерение пожать руку употребляться, дабы руководить протезом, вместо того, дабы просить, дабы предмет сконцентрировался на каждом компоненте рукопожатия – более кропотливый и менее естественный подход.
его коллеги и Андерсен желали улучшить многосторонность перемещения, которое нейропротезное может предложить, делая запись сигналов от разного отдела головного мозга – PPC. «PPC Находится ранее в пути, так, сигналы в том месте более связаны с планированием перемещения – что Вы в действительности собираетесь сделать – а не подробности исполнения перемещения», говорит он. «Мы сохраняли надежду, что сигналы от PPC будут легче для больных применять, в конечном итоге делая процесс перемещения более интуитивным. Отечественные будущие изучения исследуют методы объединить подробные сигналы двигательной территории коры головного мозга с громадным числом познавательных сигналов PPC применять в собственных заинтересованностях специализации каждой области».В клиническом опробовании, созданном, дабы проверить эффективность и безопасность этого нового подхода, команда Калифорнийского технологического университета сотрудничала с врачами в Медицине Keck USC и команды реабилитации в Ранчо Лос Приятели Национальный Реабилитационный центр.
Врачи внедрили несколько маленьких множеств электрода в двух частях PPC парализованного больного. Каждое множество содержит 96 активных электродов что, со своей стороны, любой отчет деятельность единственного нейрона в PPC. Множества были связаны кабелем с совокупностью компьютеров, каковые обработали сигналы, расшифровали намерение предмета и руководили устройствами вывода, каковые включали компьютерный курсор и роботизированную руку, созданную сотрудниками в Университете Джонса Хопкинса.
По окончании восстановления от хирургии больной был научен руководить роботизированной рукой и компьютерным курсором с его умом. Когда обучение было завершено, исследователи видели, на что они сохраняли надежду: интуитивное перемещение роботизированной руки.
«Для меня самый захватывающий момент опробования был, в то время, когда участник сперва пошевелил автоматизированной конечностью со собственными мыслями. Он парализовался больше 10 лет, и это было первым разом начиная с его травмы, что он имел возможность пошевелить конечностью и обратиться к кому-то. Это был волнующий момент для всех нас», говорит Андерсен.«Это было громадное удивление, что больной смог руководить конечностью в сутки один – самый первый сутки, что он попытался», додаёт он. «Это говорит о том, как интуитивный контроль, применяя деятельность PPC».
Больной, Эрик Г. Сорто, был кроме этого взволнован с стремительными результатами: «Я был удивлен тем, как легкий это было», говорит он. «Я не забываю данный внетелесный опыт, и я желал около и хлопнуть по ладони всем».Со временем Sorto совершенствовал его контроль его роботизированной руки, так предоставляя исследователям больше информации о том, как PPC трудится.
К примеру, «мы определили что, если он думал, ‘Я обязан двигать рукой к к объекту определенным методом’ – пробующий руководить конечностью – что не трудился», говорит Андерсен. «Идея в действительности должна была быть более познавательной. Но если он просто думал, ‘Я желаю схватить объект’, это было намного легче.
И это совершенно верно, что мы ожидали бы из данной области мозга».Это лучшее познание PPC окажет помощь исследователям улучшить нейропротезные устройства будущего, говорит Андерсен. «Что мы имеем, вот неповторимое окно в работы сложной мозговой области большого уровня, потому, что мы трудимся совместно с нашим предметом, дабы усовершенствовать его умение в управлении внешними устройствами».«Главная миссия Центра Нейровосстановления USC пребывает в том, дабы применять в собственных заинтересованностях ресурсы из отечественных клинических программ, дабы создать неповторимые возможности перевести научные открытия, такие как те из Andersen Lab в Калифорнийском технологическом университете, людским больным, в конечном итоге перевоплотив поддающиеся изменения открытия в действенные способы лечения», говорит, сосредотачивают директора Чарльза И. Лю, учителя неврологической хирургии, биоинженерии и невралгии в USC, кто привел хирургическую процедуру внедрения и Лос команду Друзей USC/Rancho в сотрудничестве.
«В том, дабы заботиться о больных с болезнями и неврологическими травмами – и знанием больших ограничений текущих стратегий лечения – ясно, что полностью новые подходы нужны вернуть функцию парализованным больным. У прямого компьютеров и мозгового контроля роботов имеется потенциал, дабы значительно изменить жизни многих людей», додаёт Лю.Врач Минди Эйсен, основной медицинский эксперт в Ранчо Лос Приятели, каковые возглавили команду реабилитации изучения, говорит, что продвижения в протезировании как они открывают возможность для будущего терпеливой реабилитации. «Мы в Rancho посвящены продвигающейся реабилитации через новые вспомогательные разработки, такие как интерфейсы мозговой автомобили и робототехника.
Мы создали неповторимую внешнюю среду, которая может свободно объединить реабилитацию, науку и медицину, как иллюстрируется этим изучением», говорит она.Не смотря на то, что задачи как игра и рукопожатие «гора, бумаги, ножницы» ответственны, дабы показать свойство этих устройств, надежда пребывает в том, что нейропротезирование в конечном итоге разрешит больным выполнить более практические задачи, каковые разрешат им возвращать часть собственной независимости.
«Это изучение было весьма значащим мне. Так, как для проекта был нужен я, мне был нужен проект. Проект имел огромное значение в моей жизни.
Это дает мне, громадное наслаждение быть частью решения для улучшения парализовало судьбе больных», говорит Сорто. «Я шучу около с юношами, что я желаю быть в состоянии выпить мое собственное пиво – дабы быть в состоянии сделать глоток в моем собственном темпе, в то время, когда я желаю вынуть глоток из собственного пива и не должным быть попросить, дабы кто-то дал его мне. Я вправду пропускаю ту независимость. Я пологаю, что, если бы это хватало безопасно, я вправду обожал бы заботиться за мной – бритье, чистя мои личные зубы. Это было бы фантастически».
С целью этого его коллеги и Андерсен уже трудятся над стратегией, которая имела возможность разрешить больным выполнить эти более красивые моторные навыки. Ключ должен быть в состоянии обеспечить конкретные типы сенсорной обратной связи от роботизированной руки до мозга.
Не смотря на то, что внедрение Сорто разрешило ему руководить громадными перемещениями с визуальной обратной связью, «дабы вправду сделать красивый ловкий контроль, Вам кроме этого нужна обратная сообщение от прикосновения», говорит Андерсен. «Без него это похоже на перемещение к стоматологу и поразительный Ваш рот. Весьма тяжело сказать без соматосенсорной обратной связи».
Новейшие разрабатываемые устройства его коллегами и Андерсеном показывают механизм, дабы передать сигналы от роботизированной руки назад в часть мозга, что дает восприятие прикосновения.«Обстоятельство, мы разрабатываем эти устройства, пребывает в том, что в большинстве случаев парализованный больной не имел возможности, скажем, забрать стакан воды, дабы потягивать его либо накормить себя. Они ничего не смогут кроме того сделать, в случае если их шнобель зудит.
На вид тривиальные вещи как это весьма печальны для больных», говорит Андерсен. «Это опробование – ответственный ход к улучшающемуся качеству их жизни».