การปลูกถ่ายสมองช่วยให้คนอัมพาตเคลื่อนไหวได้อีกครั้ง

บางสิ่งที่ง่ายพอๆ กับการดื่มชาสักถ้วยนั้นต้องการการกระทำที่แย่มากจากร่างกายของคุณ กล้ามเนื้อแขนของคุณยิงเพื่อขยับแขนไปทางถ้วย กล้ามเนื้อนิ้วของคุณยิงเพื่อเปิดมือของคุณ จากนั้นงอนิ้วของคุณไปรอบๆ ที่จับ กล้ามเนื้อไหล่ช่วยป้องกันไม่ให้แขนหลุดออกจากไหล่ และกล้ามเนื้อแกนกลางต้องแน่ใจว่าจะไม่พลิกคว่ำเพราะน้ำหนักของถ้วยเพิ่มขึ้น กล้ามเนื้อทั้งหมดเหล่านี้ต้องยิงในลักษณะที่แม่นยำและประสานงานกัน แต่ความพยายามเพียงอย่างเดียวของคุณคือความคิด: "ฉันรู้: ชา!"

นี่คือสาเหตุที่ทำให้แขนขาที่เป็นอัมพาตเคลื่อนไหวได้อีกครั้งจึงเป็นเรื่องยาก กล้ามเนื้อที่เป็นอัมพาตส่วนใหญ่ยังทำงานได้ แต่ การสื่อสารกับสมองของพวกเขาหายไปดังนั้นพวกเขาจึงไม่ได้รับคำสั่งให้ยิง เรายังไม่สามารถซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดกับไขสันหลังได้ ดังนั้นวิธีหนึ่งคือเลี่ยงผ่านและให้คำแนะนำแก่กล้ามเนื้อเทียม และต้องขอบคุณการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการอ่านและตีความการทำงานของสมอง วันหนึ่งคำสั่งเหล่านี้อาจส่งตรงจากใจของผู้ป่วย

เราสามารถทำให้กล้ามเนื้อที่เป็นอัมพาตลุกไหม้ได้โดยการกระตุ้นด้วยอิเล็กโทรดที่อยู่ภายในกล้ามเนื้อหรือรอบ ๆ เส้นประสาทที่จ่ายพวกมัน ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่า การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าที่ใช้งานได้ (สพฐ.) นอกจากจะช่วยให้ผู้ป่วยอัมพาตเคลื่อนไหวแล้ว ยังใช้เพื่อฟื้นฟูการทำงานของกระเพาะปัสสาวะ ทำให้เกิดอาการไออย่างมีประสิทธิภาพ และบรรเทาอาการปวด เป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจที่สามารถสร้างความแตกต่างอย่างมากให้กับชีวิตของผู้ที่ได้รับบาดเจ็บที่ไขสันหลัง

Dimitra Blana และเพื่อนร่วมงานของเธอที่ Keele กำลังหาวิธีจับคู่เทคโนโลยีนี้กับชุดที่ซับซ้อนของ คำแนะนำที่จำเป็นในการใช้งานแขน. ถ้าจะหยิบชาถ้วยนั้นขึ้นมา กล้ามเนื้อส่วนไหนที่ต้องยิง เมื่อไหร่ เท่าไหร่ ? คำแนะนำในการยิงนั้นซับซ้อน และไม่ใช่เพียงเพราะกล้ามเนื้อแกนกลาง ไหล่ แขน และนิ้วที่เกี่ยวข้องจำนวนมากเท่านั้น ในขณะที่คุณดื่มชาอย่างช้าๆ คำแนะนำเหล่านี้จะเปลี่ยนไปเพราะน้ำหนักของถ้วยเปลี่ยนไป ในการทำอย่างอื่น เช่น เกาจมูก คำแนะนำจะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

แทนที่จะลองใช้รูปแบบการยิงแบบต่างๆ บนกล้ามเนื้อที่เป็นอัมพาตโดยหวังว่าจะได้ผล คุณก็สามารถใช้ แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของระบบกล้ามเนื้อและกระดูก เพื่อคำนวณพวกเขา โมเดลเหล่านี้เป็นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ว่ากล้ามเนื้อ กระดูก และข้อต่อทำงานและโต้ตอบอย่างไรระหว่างการเคลื่อนไหว ในการจำลอง คุณสามารถทำให้กล้ามเนื้อแข็งแรงขึ้นหรืออ่อนลง "เป็นอัมพาต" หรือ "ถูกกระตุ้นจากภายนอก" คุณสามารถทดสอบรูปแบบการยิงต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย และคุณยังสามารถทำให้นางแบบหยิบถ้วยชาขึ้นมาซ้ำแล้วซ้ำอีก ซึ่งบางครั้งก็ประสบความสำเร็จมากกว่ารุ่นอื่นๆ


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


การสร้างแบบจำลองกล้ามเนื้อ

เพื่อทดสอบเทคโนโลยี ทีมงานของ Keele กำลังทำงานร่วมกับ คลีฟแลนด์ FES Center ในสหรัฐอเมริกาที่พวกเขาปลูกถ่าย มากถึง 24 อิเล็กโทรด เข้าสู่กล้ามเนื้อและเส้นประสาทของผู้เข้าร่วมการวิจัย พวกเขาใช้แบบจำลองเพื่อตัดสินใจว่าจะวางอิเล็กโทรดไว้ที่ใด เนื่องจากมีกล้ามเนื้อที่เป็นอัมพาตมากกว่าอิเล็กโทรดในระบบ FES ในปัจจุบัน

ถ้าต้องเลือก กระตุ้น subscapularis หรือ supraspinatus ดีกว่ากัน? หากคุณกระตุ้นเส้นประสาทรักแร้ คุณควรวางอิเล็กโทรดก่อนหรือหลังกิ่งไปที่ teres minor หรือไม่? เพื่อตอบคำถามยากเหล่านี้ พวกเขาใช้การจำลองด้วยชุดอิเล็กโทรดต่างๆ และเลือกรุ่นที่อนุญาตให้คอมพิวเตอร์รุ่นต่างๆ เคลื่อนไหวได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

{youtube}1GKfWow6aFA{youtube}

ขณะนี้ทีมกำลังทำงานบนไหล่ซึ่งมีกล้ามเนื้อกลุ่มหนึ่งเรียกว่า rotator cuff หากคุณได้รับคำแนะนำในการยิงที่แขนไม่ถูกต้อง มันอาจจะเอื้อมมือไปหยิบช้อนซุปแทนที่จะใช้มีดทาเนย หากคุณได้รับคำแนะนำเกี่ยวกับข้อมือ rotator ไม่ถูกต้อง แขนอาจหลุดออกจากไหล่ ไม่ใช่รูปลักษณ์ที่ดีสำหรับคอมพิวเตอร์รุ่นต่างๆ แต่พวกเขาก็ไม่บ่น ผู้เข้าร่วมการวิจัยจะให้อภัยน้อยลง

การรู้วิธีกระตุ้นกล้ามเนื้อที่เป็นอัมพาตเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวที่มีประโยชน์เช่นการจับเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของปัญหา เราจำเป็นต้องรู้ด้วยว่าเมื่อใดควรกระตุ้นกล้ามเนื้อ เช่น เมื่อผู้ใช้ต้องการหยิบสิ่งของ ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือการอ่านข้อมูลนี้โดยตรงจากสมอง ล่าสุด, นักวิจัยในสหรัฐอเมริกา ใช้รากฟันเทียมเพื่อฟังเซลล์แต่ละเซลล์ในสมองของบุคคลที่เป็นอัมพาต เนื่องจากการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันนั้นสัมพันธ์กับรูปแบบการทำงานของสมองที่แตกต่างกัน ผู้เข้าร่วมสามารถเลือกหนึ่งในหกการเคลื่อนไหวที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าซึ่งสร้างขึ้นโดยการกระตุ้นกล้ามเนื้อมือ

อ่านสมอง

นี่เป็นก้าวที่น่าตื่นเต้นสำหรับสาขาประสาทเทียม แต่ยังคงมีความท้าทายอีกมากมาย ตามหลักการแล้วการปลูกถ่ายสมองต้องใช้เวลาหลายสิบปี ปัจจุบันการบันทึกสัญญาณเดียวกันนั้นทำได้ยากแม้จะเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ดังนั้นระบบเหล่านี้จึงต้องได้รับการปรับเทียบใหม่เป็นประจำ โดยใช้ การออกแบบรากฟันเทียมใหม่ or สัญญาณสมองที่แตกต่างกัน อาจปรับปรุงความมั่นคงในระยะยาว

นอกจากนี้ การปลูกถ่ายจะฟังเพียงส่วนเล็กๆ ของเซลล์นับล้านที่ควบคุมแขนขาของเรา ดังนั้นช่วงของการเคลื่อนไหวที่สามารถอ่านได้จึงมีจำกัด อย่างไรก็ตาม, การควบคุมสมองของแขนขาหุ่นยนต์ ด้วยระดับอิสระหลายระดับ (การเคลื่อนไหว การหมุน และการยึดจับ) และความสามารถของเทคโนโลยีนี้กำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว

สุดท้าย การเคลื่อนไหวที่ราบรื่นและง่ายดายซึ่งเรามักจะมองข้ามไปนั้น จะได้รับคำแนะนำจากการตอบสนองทางประสาทสัมผัสที่สมบูรณ์ ซึ่งจะบอกเราว่าแขนของเราอยู่ที่ไหนในอวกาศและเมื่อใดที่ปลายนิ้วของเราสัมผัสวัตถุ อย่างไรก็ตาม สัญญาณเหล่านี้ยังสามารถหายไปได้หลังจากได้รับบาดเจ็บ ดังนั้น นักวิจัยกำลังทำงาน เกี่ยวกับการปลูกถ่ายสมองซึ่งวันหนึ่งอาจฟื้นความรู้สึกและการเคลื่อนไหว

นักวิทยาศาสตร์บางคนคาดการณ์ว่าเทคโนโลยีการอ่านสมองจะช่วยให้บุคคลที่ร่างกายแข็งแรงสามารถสื่อสารกับคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ และแม้กระทั่ง ไปยังสมองส่วนอื่นโดยตรง. อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังคงเป็นขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์ ในขณะที่การควบคุมสมองสำหรับการใช้งานทางการแพทย์กำลังกลายเป็นความจริงทางคลินิกอย่างรวดเร็ว

เกี่ยวกับผู้แต่ง

Dimitra Blana นักวิจัยด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ มหาวิทยาลัย Keele

Andrew Jackson, Wellcome Trust Senior Research Fellow, มหาวิทยาลัยนิวคาสเซิล

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน