Interfejs mozak-kičma obezbjeđuje vezu između mozga i kičmene moždine, omogućavajući da misli kontrolišu kretanje
Ovaj implant interfejs mozak-kičma (BSI) ne samo da je uspio elektronski ponovo da poveže pacijentov mozak s donjim dijelom njegove kičmene moždine, omogućavajući mu da stoji, hoda, pa čak i da se penje uz stepenice, nego pomaže i u njegovoj rehabilitaciji.
Poslije nesreće na biciklu, koja se desila prije dvanaest godina, sad već četrdesetogodišnji Gert-Jan Oskam ima paralizovane noge i djelimično paralizovane ruke, nakon što mu je kičmena moždina oštećena u vratu. Ali ovih dana, Oskam je ponovo na nogama i hoda, zahvaljujući uređaju koji stvara „digitalni most“ između njegovog mozga i živaca ispod njegove ozljede.
Implant, koji se naziva interfejs mozak-kičma (BSI), nadovezuje se na prethodni rad Grégoirea Courtinea, neuronaučnika sa Švajcarskog federalnog instituta za tehnologiju u Lozani i njegovih kolega. Oni su 2018. godine pokazali da, u kombinaciji s intenzivnim treningom, tehnologija koja stimuliše donji dio kičme električnim impulsima može pomoći ljudima s ozljedama kičmene moždine da ponovo hodaju.
Oskam je bio jedan od učesnika tog ispitivanja i nakon tri godine eksperimenata došlo je do značajnijeg poboljšanja, otkriva naučni časopis Natura.
Novi sistem koristi kičmeni implant koji Oskam već ima i uparuje ga sa dva implanta u obliku diska umetnuta u njegovu lobanju tako da se dvije rešetke od 64 elektrode naslanjaju na membranu koja pokriva mozak.
Kada Oskam razmišlja o hodanju, implant lobanje otkriva električnu aktivnost u korteksu, vanjskom sloju mozga. Ovaj signal bežično prenosi i dekodira kompjuter koji Oskam nosi u rancu, koji zatim prenosi informacije do generatora kičmenog pulsa.
Prethodni uređaj „bio je više unaprijed programirana stimulacija“ koja je generisala robotske korake, kaže Courtine. “Sada je potpuno drugačije, jer Gert-Jan ima potpunu kontrolu nad parametrom stimulacije, što znači da može stati, može hodati, može se penjati uz stepenice.”
“Stimulacija prije je kontrolisala mene, a sada ja kontrolišem stimulaciju svojim mislima”, kaže Oskam. “Kada odlučim da napravim korak, simulacija će se pokrenuti, čim razmislim o tome.”
Moždani implant i kompjuterski kontrolisana protetika
Implanta interfejs mozak-kičma korišćen u ovom slučaju pomaže paralizovanom čovjeku da razvije nove nervne veze.
Protetika je u stvari ranac od elektronike koji prima signale iz čovjekovog mozga – njegovog cerebralnog korteksa. Ona otkriva pokret koji čovjek pokušava da napravi, a zatim ispaljuje signale njegovim mišićima putem generatora pulsa pričvršćenih na donji dio leđa, kako bi se napravio pokret.
Protetika efikasno zakrpi prekinute niti njegove kičmene moždine – isporučujući poruke koje inače ne bi prošle, omogućavajući mu da se ponovo kreće sam.
Kako sve to funkcioniše?
Holanđanin Gert-Jan Oskam, dobrovoljno se prijavio da mu se izrežu dvije rupe od pet centimetara na njegovoj lobanji kako bi se postavilo nekoliko trajnih moždanih implanta preko uparenih dijelova njegovog motornog korteksa. Pažljivo mjerenje i proučavanje pokazalo je istraživačima da su to regije koje kontrolišu njegove mišiće kuka i nogu.
Postavljeni implant je medicinski uređaj, prvi te vrste, nazvan WIMAGINE. Ovaj uređaj je predviđen za minimalno invazivnu implantaciju u lobanju i, dugoročno, za mjerenje ElectroCorticoGrama zahvaljujući nizu elektroda u kontaktu sa „dura mater“ – zaštitne membrane oko mozga. Na taj način ne dolaze u direktan kontakt sa sivom materijom pa bi trebalo da budu sigurni za dugotrajnu implantaciju.
Bilo bi značajno da je to tako jer su postavljene na titanijumske ploče debele kao kost lobanje. Titan, kao i aluminijum, ima porozni površinski sloj oksidiranog metala tako da u njega urasta kost. Implantati od hirurškog čelika mogu se prilično jednostavno ponovo ukloniti ako više nisu potrebni, dok su oni od titana obično tu zauvijek.
Da bi prenio signale iz moždane kore iz svoje lobanje, Oskam mora da nosi par odašiljača-prijemnika preko implanta. One su postavljene na traku za glavu i podsjećaju na par slušalica koje se nalaze na vrhu njegove glave.
Svaki par sadrži dvije antene: jedna napaja elektrode induktivno, putem visokofrekventnog signala, a druga prima podatke od elektroda preko UHF. Oni preuzimaju nervne impulse iz njegovog motornog korteksa i šalju ih preko kabla do laptopa u njegovom rancu, koji tumači signale, utvrđuje koji dio tijela pokušava da pomjeri i generiše simulirane nervne impulse da komanduje njegovim kukom i mišićima nogu.
Neurostimulator „Activa RC“ za duboku stimulaciju mozga i Specify 5-6-5 elektrode smještene unutar Oskamovog kičmenog stuba pored njegove kičmene moždine, zajedno prenose sintetičke nervne signale u lumbalni dio njegove kičmene moždine, gdje se kičmeni nervi granaju do njegovih nogu.
Odatle, signali vještačkih nerava putuju niz njegove kičmene nerve, u ranije paralizovane mišiće, omogućavajući mu da ustane, napravi korake napred, pomijerajući gležnjeve kako bi podigao stopala po potrebi da ukloni prepreke.
Nakon mnogo treninga i rehabilitacije, ne može samo hodati po ravnom terenu koristeći štake, već čak i da se penje uz stepenice ili rampu.
Posebna verzija BSI
Sa novim sistemom njegova kontrola i ravnoteža su toliko dobri da je univerzitetski tim konstruisao posebnu verziju BSI.
Dok je laboratorijska verzija dijelom smještena u rancu i omogućava mu da hoda sa štakama, ovo je verzija za ponijeti kući – montira se na ram za hodanje na točkovima, što mu omogućava da ga koristi izvan laboratorije.
Ono što najviše ohrabruje od svega, otkako koristi BSI, povratio je dio izgubljene funkcije i pokreta u nogama – što mu raniji eksperiment nažalost nije pomogao.
Međutim, sada može hodati na vrlo kratke udaljenosti bez pomoći proteze. To ukazuje na to da se uz redovnu upotrebu tokom dužeg perioda, nove veze reformišu u njegovoj kičmenoj moždini i ponovo uspostavljaju veze s mozgom.
(IT mixer)
