Електрическата стимулация подобрява контрола върху ръцете при парализирани маймуни

Резюме: Електрическото стимулиране на оцелелите нерви в горната част на гръбначния мозък след тежко нараняване на гръбначния мозък подобри моторния контрол на горните крайници и позволи на маймуни с ограничена функция на ръката да си възвърнат загубеното движение.

източник: Университет на Питсбърг

Електрическото стимулиране на оцелелите нерви в горната част на гръбначния мозък, увредени от тежко нараняване, може да подобри моторния контрол на горните крайници и да позволи на хора с ограничена функция на ръката частично да си възвърнат загубеното движение, съобщават изследователи от университета в Питсбърг.

Първият набор от предклинични експериментални данни е публикуван в Естествена невронаука днес.

“За да извърши дори най-простото движение на ръката, нашата нервна система трябва да координира стотици мускули и замяната на този сложен нервен контрол с директно електрическо активиране на мускулите би било много трудно извън лаборатория”, каза изследователят. Водещият автор Марко Капогросо, Ph .D., асистент по неврологична хирургия и член на Pitt’s Rehabilitation and Neural Engineering Laboratories.

„Вместо да стимулираме мускулите, ние опростихме технологията, като проектирахме система, която използва оцелели неврони, за да възстанови връзката между мозъка и ръката чрез специфични стимулиращи импулси към гръбначния мозък, потенциално позволявайки на парализиран човек да изпълнява задачи от ежедневието. ”

Дефицитът на подвижност на ръцете и дланите, вариращ от ограничения при огъване на китката до невъзможност за движение на ръката, е сред най-неприятните усложнения, с които пациентите с инсулт и парализираните хора са принудени да се сблъскат.

Дори леки дефицити във функцията на ръцете и ръцете значително ограничават качеството на живот и автономността на пациентите, което прави възстановяването на контрола на горните крайници важен фокус в областта на неврорехабилитацията.

И все пак няма терапии или медицински технологии, които позволяват на пациентите да възстановят или значително да подобрят загубената си функция на горния крайник.

Широкият диапазон на движение на горните крайници и превъзходната сръчност отличават приматите и хората от другите бозайници. Способността да въртите ръката в рамото, да я огъвате в лакътя, да огъвате и изпъвате китката и да променяте хватката чрез промяна на позицията на отделните пръсти позволява изключително сложен контрол върху начина, по който държим предмети и взаимодействаме със света по различен начин. Тази удивителна способност е и това, което прави възстановяването на движението на ръцете и дланите изключително трудно.

Изследователите на Пит бяха изправени пред трудна задача: да разработят технология, която може да активира останалите здрави нерви, свързващи мозъка и гръбначния мозък, за да контролират мускулите на ръцете, използвайки външни стимули. Технологията също трябваше да бъде безпроблемна и да изисква малко или никакво обучение за използване, позволявайки на хората да продължат с познатите двигателни задачи, както са правили преди нараняването.

За да тестват технологията, изследователите са работили с маймуни макаци с частична парализа на ръцете, които са били обучени да достигат, хващат и дърпат лост, за да получат любимото си лакомство.

В допълнение към мозъчните импланти, усещащи електрическа активност от региони, контролиращи доброволното движение, на маймуните беше имплантиран малък набор от електроди, свързани с външен стимулатор с размер на гумичка, които се включваха толкова преходно, когато мозъчните електроди откриха намерението на животното. движи ръката си.

„Нашият протокол се състои от прости модели на стимулация, които се инициират чрез усещане на намерението на животното да се движи“, каза първият съавтор Сара Конти, Ph.D., в Харвардското медицинско училище и в Бостънската детска болница.

„Не е нужно да знаем където животното иска да се движи; трябва само да знаем, че те искам да се движат и извличането на тази информация е сравнително лесно. Нашата технология може да бъде внедрена в клиники по различни начини, потенциално без да се изискват мозъчни импланти.

Дори леки дефицити във функцията на ръцете и ръцете значително ограничават качеството на живот и автономността на пациентите, което прави възстановяването на контрола на горните крайници важен фокус в областта на неврорехабилитацията. Изображението е обществено достояние

Дизайнът и разположението на електродите и стимулатора – върху корените на нервите, които растат от гръбначния мозък към мускулите на ръката и дланта – са широко проверени с помощта на комбинация от изчислителни и компютърни алгоритми.медицинско изображение, гарантиращо, че всяко животно уникалната анатомия е съвместима с устройството.

Анализът показа, че макар и не достатъчно за пълното възстановяване на функцията на ръката, стимулацията значително подобрява прецизността, силата и обхвата на движение, позволявайки на всяко животно да движи ръката си по-ефективно. Важно е, че животните продължиха да се подобряват, докато се адаптираха и се научиха да използват стимулацията.

„Отдръпнете се и се заемете с много сложен клиничен проблем от различна и по-проста гледна точка от всичко, което е правено преди, отваря повече клинични възможности за хора с парализа на ръцете и дланта.“ каза първият съавтор Беатрис Бара, Ph.D. бивш докторант в Университета на Фрибург в Швейцария и гостуващ учен в Пит, в момента в Нюйоркския университет.

„Чрез изграждането на технология около нервната система, която имитира това, за което тя е естествено проектирана, получаваме по-добри резултати.“

Клинично изпитване, което тества дали електрическата стимулация на гръбначния мозък може да подобри контрола върху ръцете и ръцете при пациенти с инсулт, набира участници от Университета на Питсбърг и UPMC.

Вижте също

Това показва глава с превключвател

Другите автори на тази статия са Матю Перих, Ph.D., и Tomislav Milekovic, Ph.D., и двамата от Женевския университет; Кейти Джуанг, Ph.D., Mélanie Kaeser, Ph.D., Maude Delacombaz, Ph.D., Eric Rouiller, Ph.D., всички в Университета на Фрибург, Швейцария; Giuseppe Schiavone, Ph.D., Florian Fallegger, Ph.D., Katia Galan, Ph.D., Nicholas James, Ph.D., Quentin Barraud, Ph.D., Стефани Лакур, Ph.D., Jocelyne Bloch , Ph.D., и Grégoire Courtine, Ph.D., всички в Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Женева.

Финансиране: Това изследване беше подкрепено от безвъзмездна помощ от Wyss Center (WCP008), ONWARD Medical, фондация Bertarelli, стипендия Ambizione на швейцарската национална научна фондация (#167912) и грант Doc-Mobility (188027), Програмата за изследвания и развитие Horizon 2020 иновации от Европейския съюз по споразумението за стипендии Мария Склодовска-Кюри (665667), стипендия от Швейцарския национален фонд (BSCGI0_157800), стипендия от Международната програма за стипендии Whitaker и вътрешно финансиране от университета във Фрибург и Пит.

Относно тези новини за изследване на невротехнологиите

Автор: Анастасия Горелова
източник: Университет на Питсбърг
Контакт: Анастасия Горелова – Университет на Питсбърг
Образ: Изображението е обществено достояние

Оригинално изследване: Достъпът е затворен.
„Епидуралната електрическа стимулация на цервикалните дорзални корени възстановява доброволния контрол на горните крайници при парализирани маймуни“ от Marco Capogrosso et al. Естествена невронаука


Резюме

Епидуралната електрическа стимулация на цервикалните дорзални корени възстановява доброволния контрол на горните крайници при парализирани маймуни

Възстановяването на контрола върху ръката е основен приоритет за хората с парализа. За съжаление, сложността на невронните механизми, лежащи в основата на контрола на ръцете, ограничава ефективността на невротехнологичните подходи. Тук използвахме нервната функция на оцелелите вериги на гръбначния стълб, за да възстановим доброволния контрол над ръцете и ръцете при три маймуни с увреждане на гръбначния мозък, използвайки стимулация на гръбначния мозък.

Нашият невронен интерфейс използва функционалната организация на дорзалните коренчета, за да предаде изкуствено възбуждане чрез електрическа стимулация към засегнатите гръбначни сегменти по време на подходящите фази на движение. Изблици на стимулация, насочени към специфични сегменти на гръбначния стълб, предизвикват продължителни движения на ръцете, позволявайки на маймуните с парализирани ръце да изпълняват задача за достигане и хващане без ограничения.

Стимулацията специално подобрява силата, изпълнението на задачите и качеството на движението. Електрофизиологията предполага, че остатъчните входове надолу са необходими за производството на координирани движения.

Ефикасността и надеждността на нашия подход има реалистични обещания за клиничен превод.

Add Comment