В новаторском исследовании ученые разработали беспроводной интерфейс «мозг-позвоночник», позволяющий парализованному человеку снова ходить. «Цифровой мост» состоит из двух электронных имплантатов — одного в головном и другом в спинном мозге, — которые расшифровывают сигналы мозга и стимулируют спинной мозг для активации мышц ног.
Примечательно, что у пациента наблюдалось значительное восстановление сенсорного восприятия и двигательных навыков, даже когда интерфейс был выключен. Команда ученых надеется расширить область применения технологии, включив в нее восстановление функций руки и кисти, а также помощь пациентам, перенесшим инсульт. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature.
Новизна исследования
Нейробиологи и нейрохирурги из EPFL/CHUV/UNIL и CEA/CHUGA/UGA сообщают, что восстановили связь между головным и спинным мозгом с помощью беспроводного цифрового моста, позволяющего парализованному человеку снова ходить естественным образом.
«Мы создали беспроводной интерфейс между головным и спинным мозгом, используя технологию интерфейса мозг-компьютер (BCI), которая преобразует мысли в действия», — резюмирует Грегуар Куртин (Grégoire Courtine), профессор неврологии в EPFL, CHUV и UNIL.
«Естественная ходьба после травмы спинного мозга с использованием интерфейса «мозг-позвоночник» представлена клиническим случаем Герта-Яна, 40 лет, который получил травму спинного мозга после велосипедной аварии, в результате которой он был парализован. Цифровой мост позволил ему восстановить естественный контроль над движением своих парализованных ног, что позволило ему стоять, ходить и даже подниматься по лестнице. Герт-Ян поясняет, что к нему вернулось удовольствие от возможности выпить пива в баре с друзьями: «Это простое удовольствие представляет собой значительную перемену в моей жизни».
Результаты исследования
Цифровой мост включает два электронных имплантата: один в головном мозге, другой – в спинном мозге. Чтобы установить этот цифровой мост, необходимы два типа электронных имплантатов.
Нейрохирург Джоселин Блох (Jocelyne Bloch), профессор CHUV, UNIL и EPFL, объясняет: «Мы имплантировали устройства WIMAGINE® над областью мозга, отвечающей за управление движениями ног. Эти устройства, разработанные CEA, позволяют расшифровывать электрические сигналы, генерируемые мозгом, когда мы думаем о ходьбе. Мы также разместили нейростимулятор, соединенный с массивом электродов, над областью спинного мозга, которая контролирует движение ног”.
Гийом Шарве (Guillaume Charvet), руководитель программы BCI в CEA, добавляет: «Благодаря алгоритмам, основанным на адаптивных методах искусственного интеллекта, намерения движения расшифровываются в режиме реального времени из записей мозга».
Затем эти намерения преобразуются в последовательности электрической стимуляции спинного мозга, которые, в свою очередь, активируют мышцы ног для достижения желаемого движения. Этот цифровой мост работает по беспроводной связи, что позволяет пациенту самостоятельно передвигаться.
Восстановление неврологических функций с помощью цифрового моста позволило Герту-Яну восстановить неврологические функции, утраченные после аварии.
Исследователи смогли количественно оценить значительные улучшения в его сенсорном восприятии и двигательных навыках, даже когда цифровой мост был выключен. Это цифровое восстановление спинного мозга предполагает, что развились новые нервные связи.
На данном этапе цифровой мост был протестирован только на одном человеке. Авторы нового исследования объясняют, что в будущем аналогичная стратегия может быть использована для восстановления функций рук и кистей. Ученые добавляют, что цифровой мост также можно применять при других клинических показаниях, таких как паралич из-за инсульта.
Авторы другого исследования утруждают, что ими разработано новое надеваемое на голову устройство, которое поможет парализованным людям