Исследователи разработали и внедрили «мозго-спинномозговой интерфейс» (BSI), который образует неврологическую связь с использованием беспроводного цифрового моста между спинным мозгом и головным мозгом человека.
Починить спинной мозг: новые терапии на грани фантастики
Кроме того, шаги со спинномозговой стимуляцией получались как бы механические, роботообразные, что понятно — мышцами управляла не сознательная воля, а автономные нейронные сети спинного мозга с помощью стимулятора; отчасти это было похоже на то, как кукловод управляет марионеткой. Наконец, шагать так можно было только по ровной поверхности; перешагнуть через какое-нибудь препятствие или подняться по лестнице уже было нельзя. В новой статье, опубликованной в Nature , исследователи пишут, что им удалось сделать «стимуляторные» движения более естественными, более произвольными, так что человек, например, теперь мог подняться по ступенькам. Ходьбу сделали более естественной, поручив контроль над стимулирующим имплантатом головному мозгу.
Правда, в головной мозг тоже пришлось вживить имплантат, точнее, два имплантата с 64 электродами, которые считывали импульсы из двигательных зон коры. Сигналы беспроводным образом передавались на гарнитуру, прикреплённую к голове, с неё — на лэптоп в рюкзаке за спиной. Лэптоп расшифровывал сигнал из головного мозга, чтобы стало понятно, о каком движении он думал.
Дальше уже спинномозговому имплантату отправлялась информация, на какие мышцы нужно подействовать, чтобы совершить запланированное движение. Считыванием сигналов из мозга и перевод их в понятные алгоритмические команды занимаются нейрокомпьютерные интерфейсы. Здесь нейрокомпьютерный интерфейс соединили со спинномозговым имплантатом, и вместе они продублировали исходное спинномозговое соединение, повреждённое травмой.
На то, чтобы освоиться с новой системой, понадобилось сорок тренировок, после чего доброволец с двумя имплантатами начал двигаться более естественно и в произвольном ритме.
Алгоритм научили распознавать активность головного мозга и в ответ на команды совершать действия. В описываемом эксперименте — движения ногами. Затем его обучали синхронизации желаний пациента двигать конечностями с сигналами, отправляемыми к спинному мозгу. В итоге это дало возможность мужчине двигаться по пересеченной местности самостоятельно но с костылями.
В первом случае есть риски неточного воздействия импланта на целевые нервы, а во втором операция несет риски повреждения ткани, а также проблемы биосовместимости. Ученые из Университета Джона Хопкинса решили обе проблемы, создав вводимый через шприц имплант. Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу До начала разработки импланта изначально они обнаружили новое место для стимуляции, которое располагается очень близко к важнейшим мотонейронам спинного мозга и одновременно доступно без хирургического вмешательства. Это позволило подойти к созданию импланта с другой стороны и разработать наноразмерное гибкое устройство, которое можно вводить с помощью небольшого шприца.
Эксперименты показали, что стимуляция с помощью электрического тока восстанавливала подвижность конечностей мышей.
В США провели уникальную операцию Она частично вернула парализованному человеку чувствительность и контроль над руками Учёные из Института биоэлектронной медицины им. Файнштейна в Northwell Health рассказали об уникальной операции, которая вернула парализованному человеку чувствительность и подвижность рук.
Как и во всех подобных случаях, речь идёт о мозговом имплантате, но не только. Это первый случай, когда мозг, тело и спинной мозг парализованного человека были соединены электронным способом, чтобы долгосрочно восстановить движение и чувствительность. Когда участник исследования думает о движении руки или кисти, мы «перезаряжаем» его спинной мозг и стимулируем его мозг и мышцы, чтобы помочь восстановить связи, обеспечить сенсорную обратную связь и способствовать выздоровлению.
Этот тип терапии, управляемой мыслями, меняет правила игры.
Science: Ученые заставили мышей пойти после повреждения спинного мозга
«Функциональность имплантов спинного мозга была изучена с использованием тестов in vivo на лабораторных животных, которые показали высокую эффективность предлагаемой технологии для мониторинга и стимуляции нейрональной активности у млекопитающих». Клетки микроглии при травме спинного мозга активируются, то есть возникает иммунный ответ, и его степень напрямую зависит от тяжести травмы. До начала разработки импланта изначально они обнаружили новое место для стимуляции, которое располагается очень близко к важнейшим мотонейронам спинного мозга и одновременно доступно без хирургического вмешательства.
Ученые вернули возможность ходить мышам с травмами спинного мозга
До начала разработки импланта изначально они обнаружили новое место для стимуляции, которое располагается очень близко к важнейшим мотонейронам спинного мозга и одновременно доступно без хирургического вмешательства. Нейроинтерфейс, соединяющий спинной и головной мозг, позволил пациенту с повреждением спинного мозга лучше ходить — сначала со стимуляцией, а потом и без нее. «Естественная ходьба после травмы спинного мозга с использованием интерфейса мозг-позвоночник» представляет ситуацию Герта-Яна, 40 лет, который получил травму спинного мозга после велосипедной аварии, в результате которой он был парализован.
Спинной мозг. Секреты наружного строения
В новой работе представлены результаты эксперимента, в котором участвовал человек с травмой спинного мозга. Два беспроводных регистратора, каждый из которых содержит 64 электрода, в ходе операции были размещены на твердой мозговой оболочке одна из трех оболочек, покрывающих мозг, самая внешняя , над областями, которые участвуют в контроле движений ног. Такой метод отведения потенциалов, при котором электроды располагаются на мозге, называется электрокортикографией, или ЭКоГ; потенциалы имеют большую амплитуду и разрешение, чем при ЭЭГ. Участки, сильнее всего реагирующие на намерение пошевелить ногами, выбрали с помощью компьютерной томографии и магнитоэнцефалографии. В имплантате также есть две антенны: одна питает его за счет индуктивной связи, а другая, сверхвысокочастотная, транслирует сигналы ЭкоГ в режиме реального времени на портативную базовую станцию ее пока приходится носить в рюкзаке.
Третью многоэлектродную решетку имплантировали в твердую оболочку спинного мозга, чтобы сигналы поступали на входные зоны задних корешков. Эти структуры проецируются на сегменты спинного мозга, которые содержат двигательные нейроны, контролирующие мышцы ног. Алгоритм базовой станции декодирует сигналы ЭКоГ и преобразует их в стимулирующие сигналы; они передаются генератору импульсов, он, в свою очередь, стимулирует нейроны спинного мозга, а от них сигналы поступают к мышцам. Схема расположения имплантатов и блока обработки в рюкзаке, преобразующего сигналы головного мозга в сигналы для активации мышц; справа хронофотографии участника и параллельные его движениям операции цифрового моста: спектрограмма активности мозга, вероятность движений левой и правой ноги, вычисленная по этим сигналам, и результирующая модуляция амплитуды стимуляции.
Credit: Nature. DOI: 10.
Препарат спинного мозга Без него мы бы утратили возможность двигаться и шевелить конечностями. Травмы 2023 Выпущено вживляемое в тело устройство для реабилитации людей с травмами спинного мозга 15 мая 2023 года компания Onward Medical со штаб-квартирой в Эйндховене Нидерланды сообщила о первом успешном использовании имплантируемого устройства ARC-IM для реабилитации людей с травмами спинного мозга. Подробнее здесь.
Нет данных, подтверждающих использование нейропротекторных методов лечения для улучшения результатов у пациентов с травматическими повреждениями спинного мозга. Настоятельно не рекомендуется применять высокие дозы метилпреднизолона, которые связаны со значительными системными побочными эффектами. Показатели ранней и отсроченной смертности у пациентов с травматическими повреждениями спинного мозга по-прежнему высоки, и выжившие часто сталкиваются со значительными долговременными физическими и функциональными нарушениями. Несмотря на то, что исследование нейрорегенеративных подходов, таких как трансплантация стволовых клеток, продолжается, эти методы остаются в основном исследовательскими.
Нейроны, которые управляют ходьбой, расположены в поясничном отделе спинного мозга — они передают сигналы из ствола головного мозга мышцам, заставляя их сокращаться. Травмы спинного мозга нарушают эту сложную сеть нейронных связей и могут вызвать паралич и полную неспособность передвигаться. Недавние исследования показали , что восстановить движения после травмы спинного мозга способна эпидуральная электрическая стимуляция — для такой терапии пациентам вживляют в спинной мозг небольшой генератор электрических импульсов, направляющий сигнал в задние корешки поясничного отдела спинного мозга. Стимуляция позволяет немедленно восстановить функцию двигательных сетей и позволяет пациентам вновь ходить. Однако биологические принципы, по которым работает такая терапия до сих пор не исследованы. Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны под руководством Клаудии Кате Claudia Kathe предположили, что электростимуляция воздействует на еще неисследованные нейроны, которые начинают участвовать в ходьбе лишь при восстановлении от паралича. Эту гипотезу поддержали и данные, полученные учеными — в клиническом испытании терапии нейронная активность в поясничных сегментах спинного мозга падала, а не возрастала. Это позволило предположить, что восстановлением активности после паралича занимается другая группа нейронов, которая не выполняет рутинную двигательную функцию.
Информация
- Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19
- Science: Ученые заставили мышей пойти после повреждения спинного мозга
- Life78 показал, как пациенты с травмой спинного мозга начинают ходить
- В России проведена операция по установке нейростимулятора в спинной мозг -
Спинной мозг подсоединили к головному и вернули человеку с травмой позвоночника подвижность
Однако оказалось, что в выражении «думать спинным мозгом» есть рациональное зерно, что является хорошей новостью для людей с травмами этого органа. Основные функции спинного мозга – это управление простыми двигательными рефлексами. А в участок спинного мозга, контролирующий движения ног, был имплантирован электронный нейростимулятор, который, стимулируя спинной мозг, заставляет его активизировать мышцы нижних конечностей. Создан препарат со стволовыми клетками для лечения спинного мозга.
Содержание
- ПОДПИСАТЬСЯ НА РАССЫЛКУ
- Ученые создали имплант спинного мозга — он вылечил 80 процентов случаев хронического паралича мышей
- Открытие ученых о регенерации нейронов спинного мозга
- Ученые создали имплант спинного мозга — он вылечил 80 процентов случаев хронического паралича мышей
- Починить спинной мозг: новые терапии на грани фантастики
- Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки!
Ученые КФУ изучают эффективные способы помощи пациентам с травмой спинного мозга
Сигналы беспроводным образом передавались на гарнитуру, прикреплённую к голове, с неё — на лэптоп в рюкзаке за спиной. Лэптоп расшифровывал сигнал из головного мозга, чтобы стало понятно, о каком движении он думал. Дальше уже спинномозговому имплантату отправлялась информация, на какие мышцы нужно подействовать, чтобы совершить запланированное движение. Считыванием сигналов из мозга и перевод их в понятные алгоритмические команды занимаются нейрокомпьютерные интерфейсы. Здесь нейрокомпьютерный интерфейс соединили со спинномозговым имплантатом, и вместе они продублировали исходное спинномозговое соединение, повреждённое травмой. На то, чтобы освоиться с новой системой, понадобилось сорок тренировок, после чего доброволец с двумя имплантатами начал двигаться более естественно и в произвольном ритме. Теперь он мог, например, садиться в машину и выходить из неё, и даже, как было сказано, подниматься и спускаться по лестнице.
Благодаря тому, что электростимуляция спинного мозга теперь была под контролем пусть и опосредованным мозга головного, движения в щиколотках, коленях и тазобедренных суставах стали более точными хотя нельзя сказать, что человек стал двигаться абсолютно свободно — движения даются всё-таки с определённым усилием. Травма не полностью разрушила связи в спинном мозге, какие-то из них остались, и, по-видимому, благодаря системе с двумя имплантатами оставшиеся связи усилились — головной мозг стал лучше чувствовать парализованную часть тела. Разумеется, нужно помнить, что систему с двумя имплантатами испытали пока только на одном-единственном человеке, и что в мозг хирургическим путём вживили набор из нескольких десятков электродов — а такие операции не всегда проходят абсолютно удачно. Тем не менее, даже в таком единичном варианте видно, что подход с нейроинтерфейсом и спинномозговой стимуляцией как таковой работает.
В ближайшее время разработчика нейроимпланта продолжат его исследования на лабораторных животных. Ранее в октябре 2023 года ученые Нижегородского университета представили свою новую разработку — технологию создания нейропротезов. Ученые полагают что замещение поврежденного участка головного мозга, отвечающего за память, эмоции и внимание, электронными нейронами способно восстановить работу мозга после травм и активизировать запоминание. В декабре 2023 года сообщалось о создании в Федеральном центре мозга и нейротехнологий отечественного препарата со стволовыми клетками. Предложенное средство значительно снижает воспалительный процесс в месте травмы или совсем устраняет.
В перспективе такой подход должен значительно упросить лечение пациентов с параличом, а также снизить его стоимость. В настоящее время они продолжают исследования, чтобы подтвердить потенциал и безопасность лечения для организма человека. Ранее другие ученые представили технологию «танцующих молекул», которая справилась с тяжелым параличом у мышей за месяц. Также по теме.
Ученые считают, что новая методика поможет и парализованным людям, потерявшим подвижность после травм. Впрочем, пока о тестировании этого подхода на людях говорить преждевременно. В ближайшее время авторы планируют исследовать разработанную ими технологию на более крупных животных. Восстановление спинного мозга актуально и в свете готовящийся первой в мире трансплантации головы.