İsviçreli araştırmacılar, omurilik yaralanmalı bir hastanın daha doğal yürümesine yardımcı olmak için kablosuz bir BCI kullanıyor

EHer yıl, Kuzey Amerika’da bir milyondan fazla insan bir tür omurilik yaralanması (SCI) yaşıyor ve bu hastaları tedavi etmek ve rehabilite etmek için yıllık 7 milyar doları aşan bir maliyet söz konusu. Tıp camiası, son çeyrek yüzyılda felç etkilerini tersine çevirmese de hafifletme yönünde farmakoloji, kök hücre teknolojileri, nöromodülasyon ve dış protezlerdeki ilerlemeler dahil olmak üzere inanılmaz kazanımlar elde etti. Omuriliğin elektriksel stimülasyonu, omurilik yaralanmalı hastaların rehabilite edilmesine yardımcı olarak, sadece ekstremite fonksiyonunun değil, aynı zamanda spastisite, mesane ve kan basıncı kontrolünün de iyileştirilmesinde özellikle umut verici sonuçlar göstermiştir. Şimdi, yayınlanan bir çalışmada Doğa Salı günü, SCI terapi başlangıcı Onward Medical, implante beyin bilgisayar arabirimi (BCI) ve omurganın kesildiği yerdeki boşluğu kapsayan yeni “dijital köprü” kullanımı yoluyla önceden belden aşağısı felçli bir adamın yürüme yürüyüşünü iyileştirmeye yardımcı olduğunu duyurdu.

Fonksiyonel Elektrik Stimülasyonu (FES) olarak bilinen bir süreçte yıllardır fiziksel rehabilitasyonlarının bir parçası olarak belden aşağısı felçli hastaların omurgalarına düşük voltajlı sarsıntılarla vuruyoruz. Elektrotlar doğrudan harekete geçirmeleri amaçlanan sinirlerin üzerine yerleştirilir – harici olarak kendi bozulmuş sinir yollarını atlayarak – ve etkinleştirildiğinde, altındaki sinirlerin ateşlenmesine ve kaslarının kasılmasına neden olur. Araştırmacılar bu yöntemi bazı hastalarda el ve kol hareketini, diğerlerinde ayakta durma ve yürüme yeteneğini ve birkaç şanslı kişi için exosuits’i eski haline getirmek için kullandılar! Bununla birlikte, ortaya çıkan uzuv hareketleri kesinlikle nezaketsizdi ve ağır kol hareketlerine ve daha çok ayak sürümeye benzeyen yürüme yürüyüşlerine neden oldu.

Onward’ın epidural elektrik stimülasyonuyla ilgili daha önceki araştırması, bunun bacak kaslarını tetiklemek için kullanılabilecek alt sırttaki sinirleri hedeflemede etkili olduğunu gösterdi. Ancak o zamanki terapi, giyilebilir hareket sensörlerine olan ihtiyaç ve “katılımcıların bacak hareketlerini değişen arazi ve istemli taleplere uyarlama konusundaki sınırlı yeteneği” nedeniyle engelleniyordu. Onward, Salı günkü çalışmasında bir “dijital köprü” kullanarak bu konuyu ele aldı. Beynin komut impulslarını izlemek ve bunları kablosuz olarak ve gerçek zamanlı olarak hastanın beline yerleştirilen bir stimülasyon paketine iletmek.

Klinisyenler, SCI’yi takiben üst ekstremite kontrolünü ve işlevini iyileştirmeye yardımcı olmak için bu sistemleri on yılın büyük bir bölümünde kullandılar – Onward’ın kendi ARC EX sistemi tam da bunu yapmak için tasarlandı – ancak bu çalışma aynı teorileri alt ekstremitelere uygulayan ilk çalışmaydı. ekstremiteler.

Onward’ın hastası, on yıl önce “tamamlanmamış servikal (C5/C6) omurilik yaralanması” geçirmiş ve “omuriliğin hedefli epidural elektrik stimülasyonu” ile beş aylık bir nörorehabilitasyon programına girmiş 38 yaşında bir erkekti. Araştırma ekibi, “Bu program, bir ön tekerlek yürüteç yardımıyla adım atma yeteneğini yeniden kazanmasını sağladı” dedi. Doğa çalışmak. “Yaklaşık üç yıl boyunca evde stimülasyonu kullanmaya devam etmesine rağmen, nörolojik bir iyileşme platosuna ulaşmıştı.”

Onward Medical, EX’e ek olarak dahili olarak monte edilmiş bir elektrostimülasyon tedavisi olan ARC IM’yi de geliştirmiştir. Şirkete göre, SCI hastalarının kan basıncı düzenlemesini iyileştirmeye yardımcı olmak için “dorsal kökleri uyarmak için omurilik boyunca yerleştirilmek üzere özel olarak üretilmiştir”. Salı günkü çalışmada kullanılan sistem, temel olarak ARC IM’yi kullandı ve onu bir WIMAGINE beyin bilgisayarı arabirimiyle birleştirdi.

Onward ekibinin önce BCI’yi hastanın kafatasının içine yerleştirmesi gerekiyordu. Teknik olarak, her biri kafatasıyla aynı hizada oturan 50 milimetrelik dairesel şekilli bir titanyum kasaya monte edilmiş bir çift 64 uçlu elektrot implantıydı. OnwardMedical CEO’su Dave Marver e-posta yoluyla Hiyeroglif’e “WIMAGINE, diğer seçeneklerden daha az müdahaleci ve aynı zamanda yürümek için yeterli çözünürlük sunuyor” dedi. “Ayrıca, üretilen sinyallerin netliğinde istikrar gösteren beş yıllık verilere de sahip.”

İki harici anten kafa derisine oturur, birincisi endüktif bağlantı yoluyla implantlara güç sağlar, ikincisi sinyali kod çözme ve işleme için taşınabilir bir baz istasyonuna yönlendirmek için. İşlenen sinyal daha sonra kablosuz olarak hastanın bel bölgesinin üzerinde oturan ACTIVA RC implante edilebilir puls üretecine ışınlanır ve burada 16 implante edilmiş elektrot daha bacaklarını hareket ettirmek için uygun sinir kümelerine şok verir. Birlikte bir Beyin Omurga Arayüzü (BSI) sistemi oluştururlar.

Tüm kurulum, hasta tarafından bağımsız olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Yardımcı yürüteç, tüm BSI parçalarını barındırırken, dokunsal bir geri bildirim arabirimi, kulaklığı doğru şekilde konumlandırmalarına ve tahmine dayalı algoritmayı kalibre etmelerine yardımcı olur.

BCI ve puls üretecinin sorunsuz bir şekilde birlikte çalışmasını sağlamak için Onward, geriye bakıldığında çok açık görünen “ECoG sinyallerini epidural elektriksel stimülasyon parametrelerinin kontrolüne bağlayan Aksenova/Markov anahtarlamalı çok doğrusal algoritmayı” kullandı. Temel olarak, bu algoritma iki şeyi tahmin eder: Hastanın izlediği sinyallere dayalı olarak belirli bir eklemi hareket ettirme niyetinde olma olasılığı ve amaçlanan hareketin hem genliği hem de yönü. Bu tahminler daha sonra, her 300 milisaniyede bir darbe üretecine çevrilen kod komutlarına çeviren bir analog denetleyiciye aktarılır. Toplamda, hastanın “Oraya yürümeliyim” diye düşünmesi ile sistemin bu düşünceleri çözmesi arasındaki gecikme sadece 1,1 saniyedir.

Sistemi hastaya göre kalibre etmenin de aynı derecede hızlı bir süreç olduğu kanıtlandı. Hasta, denemenin ilk iki dakikasında bacaklarını sallamaya yetecek kadar tork oluşturmak için kalçalarındaki kasları nasıl düzgün bir şekilde “aktive edeceğini” bulmuş ve bunu yüzde 97 doğrulukla başarmıştı. Rehabilitasyon süresince hasta, ortalama yüzde 75’lik bir doğrulukla (BSI hastanın amaçladığını yaptığı için) bacağındaki her bir eklemin (kalça, diz ve ayak bileği) hareketleri üzerinde kontrol sağlamayı başardı.

Ekip şöyle devam etti: “Yalnızca 5 dakikalık kalibrasyondan sonra BSI, kalça fleksör kaslarının etkinliği üzerinde sürekli kontrolü destekledi, bu da katılımcının BSI’sız denemelere kıyasla kas etkinliğinde beş kat artış elde etmesini sağladı” BCI kapatılır kapatılmaz silinip gittiler, anında adım atma yeteneğini kaybettiler, açıkladılar. “BSI tekrar açılır açılmaz yürüyüş yeniden başladı.”

Bu prosedür sayesinde hasta sadece ön tekerlekli bir yürüteçle yürümekten koltuk değneklerine geçmekle kalmadı, yürüme yürüyüşü de önemli ölçüde iyileşti. Onward ekibi, “Yalnızca stimülasyonla karşılaştırıldığında, BSI, sağlıklı bireylerde ölçülenlere belirgin şekilde daha yakın olan yürüme özellikleriyle yürümeyi mümkün kıldı” diye yazdı. Hasta, sistemi asfaltsız araziyi koltuk değnekleriyle geçmek için bile kullanabildi; bu, birçok iki ayaklı robot için hala rutin olarak tehlikeli olan bir başarıdır.

Toplamda, hastaya BCI ile 40 rehabilitasyon seansı uygulandı – BCI tarafından sağlanan denge, yürüme ve hareket egzersizleri ile birlikte standart fizyoterapinin bir karışımı. Hasta, duyusal (hafif dokunma) puanlarında ılımlı artışlar gördü, ancak WISCI II puanlarında 10 puanlık büyük bir artış gördü. WISCI II, Omurilik Yaralanması için Yürüme İndeksidir; bir hastanın ambulatuar kapasitesini 20, “sıfır yardımla hareket edebilir” ile 0, “yata basmış” arasında değişen 21 puanlık bir ölçektir. Onward’ın hastası 6’dan 16’ya çıktı. Bu terapinin yardımıyla.

Onward ekibi, “Katılımcı daha önce yalnızca omurilik stimülasyonunu kullanarak yoğun rehabilitasyondan sonra bir iyileşme platosuna ulaştığı için, BSI’nin ek nörolojik iyileşmeden sorumlu olan nöronal yolların yeniden düzenlenmesini tetiklediğini varsaymak mantıklıdır” diye yazdı. “Bu sonuçlar, beyin ve omurilik arasında sürekli bir bağlantı kurmanın, bu iki bölgeyi normal fizyolojik koşullarda birbirine bağlayan artık nöronal yolların yeniden düzenlenmesini desteklediğini gösteriyor.”

Sonuçlar ümit verici olsa da, daha yapılacak çok iş var. Onward ekibi, gelecekteki yinelemelerin “baz istasyonunun, bilgi işlem biriminin ve farkedilmeyen antenlerin minyatürleştirilmesi”, daha hızlı veri çıkışları, “çok yönlü stimülasyon parametreleri, giyilebilir bilgi işlem biriminden doğrudan kablosuz kontrol” ve “tek düşük güçlü entegre devre” gerektireceğini savunuyor. kortikal aktiviteyi otonom olarak stimülasyon programlarının güncellemelerine çeviren kendi kendini kalibre etme kabiliyetine sahip nöromorfik bir işlemci yerleştirmek.”

Göz korkutucu teknik zorluklara rağmen, “Salı günkü sayısında açıklanan BCI sistemi Doğa yayın piyasaya beş ila yedi yıl içinde ulaşabilir, ”diye tahmin etti Marvel. “BCI ile güçlendirilmiş bir omurilik stimülasyon tedavisinin on yılın sonunda piyasada olması mümkün ve gerçekçi.”

Hiyeroglif tarafından önerilen tüm ürünler, ana şirketimizden bağımsız olarak editör ekibimiz tarafından seçilir. Hikayelerimizden bazıları bağlı kuruluş bağlantıları içerir. Bu bağlantılardan biri aracılığıyla bir şey satın alırsanız, bir ortaklık komisyonu kazanabiliriz. Tüm fiyatlar yayınlandığı tarihte doğrudur.