Neuroprosthetica: herstel van letsel met behulp van de kracht van je gedachten


Neuroprosthetica: herstel van letsel met behulp van de kracht van je gedachten

Met behulp van elektroden, een computer en de kracht van de gedachte kunnen neuroprosthetische hulpmiddelen patiënten helpen met motorische of zintuiglijke moeilijkheden om te bewegen, te voelen, te horen en te zien.

Neuroprosthetica, ook wel bekend als brein-computer interfaces, zijn apparaten die mensen met een motorische of zintuiglijke handicap helpen om hun zintuigen en bewegingen te herstellen door een verbinding tussen de hersenen en een computer te creëren. Met andere woorden, deze technologie stelt mensen in staat om te bewegen, te horen, te zien en aan te raken door alleen de kracht van de gedachte te gebruiken. Hoe werken neuroprosthetica? We kijken naar vijf grote doorbraken in dit veld om te zien hoe ver we zijn gekomen - en hoeveel verder kunnen we gaan - met alleen de kracht van onze gedachten.

Elk jaar verliezen honderdduizenden mensen wereldwijd de controle over hun ledematen als gevolg van een letsel aan hun ruggenmerg. In de Verenigde Staten leven er 347.000 mensen met ruggenmerg (SCI), en bijna de helft van deze mensen kan niet van de nek verhuizen.

Voor deze mensen kunnen neuroprosthetische apparaten een hoop nodig hebben.

Brain-computer interfaces (BCI) omvatten gewoonlijk elektroden - geplaatst op de menselijke schedel, op het oppervlak van de hersenen, of in het weefsel van de hersenen - die de hersenactiviteit monitoren en meten die zich voordoen wanneer de hersenen een gedachte denken. Het patroon van deze hersenactiviteit wordt dan 'vertaald' in een code of algoritme dat in een computer wordt gevoed. De computer transformeert de code op zijn beurt in opdrachten die beweging produceren.

Neuroprosthetica zijn niet alleen nuttig voor mensen die hun armen en benen niet kunnen bewegen; Ze helpen ook mensen met zintuiglijke handicaps. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) schat dat ongeveer 360 miljoen mensen over de hele wereld een invalide vorm hebben van gehoorverlies, terwijl nog eens 39 miljoen mensen blind zijn.

Voor sommige van deze mensen hebben neuroprosthetica zoals cochleaire implantaten en bionische ogen hun zintuigen teruggegeven en in sommige gevallen hebben ze hun de eerste keer kunnen horen of zien.

Hier onderzoeken we vijf van de meest significante ontwikkelingen in de neuroprosthetische technologie, kijken hoe ze werken, waarom ze nuttig zijn en hoe sommige van hen in de toekomst zullen ontwikkelen.

Oor implantaat

Waarschijnlijk is het 'oudste' neuroprosthetische apparaat daarbuiten, cochleaire implantaten (of oorimplantaten) al een paar decennia aanwezig en vormen het een kenmerk van succesvolle neuroprosthetica.

De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) heeft al vroeg in 1980 cochleaire implantaten goedgekeurd en in 2012 hadden bijna 60.000 Amerikaanse individuen het implantaat gehad. Wereldwijd hebben meer dan 320.000 mensen het toestel geïmplanteerd.

Een cochleair implantaat werkt door de beschadigde delen van het oor te omzeilen en de auditieve zenuw te stimuleren met signalen verkregen met behulp van elektroden. De signalen die door de auditieve zenuw naar de hersenen worden doorgegeven, worden gezien als geluiden, hoewel het gehoor door een oorimplantaat heel anders is dan de normale gehoor.

Hoewel onvolmaakte, cochleaire implantaten gebruikers in staat stellen om spraak persoonlijk of via de telefoon te onderscheiden, omdat de media overvloedig zijn met emotionele rekeningen van mensen die zichzelf voor het eerst kunnen horen met dit sensorische neuroprosthetische apparaat.

Hier kun je een video van een 29-jarige vrouw bekijken die voor het eerst een cochleair implantaat hoort:

Oogimplantaat

Het eerste kunstmatige netvlies - genaamd de Argus II - is geheel van elektroden geïmplanteerd in het oog en is in februari 2013 door de FDA goedgekeurd. Op dezelfde manier als het cochleair implantaat omzeilt deze neuroprosthetische het beschadigde gedeelte van het netvlies en zendt Signalen, gevangen door een bijgevoegde camera, naar de hersenen.

Dit wordt gedaan door de beelden om te zetten in lichte en donkere pixels die veranderd worden in elektrische signalen. De elektrische signalen worden dan naar de elektroden gestuurd, die op hun beurt het signaal naar de optische zenuw van de hersenen verzenden.

Terwijl Argus II de visie helemaal niet herstelt, kunnen patiënten met pigmentosa retinitis - een conditie die de fotoreceptoren van het oog beschadigt - contouren en vormen onderscheiden, die veel patiënten rapporteren, een significant verschil in hun leven maken.

Retinitis pigmentosa is een neurodegeneratieve ziekte die ongeveer 100.000 mensen in de VS treft. Sinds goedkeuring heeft meer dan 200 patiënten met retinitis pigmentosa het implantaat Argus II gehad. Het bedrijf dat het heeft ontworpen, werkt momenteel om kleurendetectie mogelijk te maken en te verbeteren De resolutie van het apparaat.

Neuroprosthetica voor mensen met SCI

Bijna 350.000 mensen in de VS worden geschat met SCI, en 45 procent van degenen die sinds 2010 een SCI hebben, worden beschouwd als tetraplegicum - dat is verlamd van de nek naar beneden.

Op Medical-Diag.com , Hebben we onlangs gerapporteerd op een baanbrekend experiment met een patiënt die een man met quadriplegie heeft geactiveerd om zijn armen te bewegen met behulp van de pure kracht van zijn gedachten.

Bill Kochevar had elektroden chirurgisch in zijn hersenen gemonteerd. Na het trainen van de BCI om de hersenactiviteit te leren die overeenkomt met de bewegingen waarover hij dacht, werd deze activiteit veranderd in elektrische pulsen die vervolgens naar de elektroden in zijn hersenen werden overgebracht.

Op dezelfde manier dat de cochleaire en visuele implantaten het beschadigde gebied omzeilen, vermijdt dit BCI-gebied ook de "kortsluiting" tussen de hersenen en de spieren van de patiënt die door SCI zijn gecreëerd.

Met behulp van deze neuroprosthetica was de patiënt in staat om met succes te drinken en te voeden. 'Het was geweldig,' zei Kochevar, 'omdat ik dacht dat ik mijn arm moest verplaatsen en dat deed.' Kochevar was de eerste patiënt ter wereld om het neuroprosthetische apparaat te testen, dat momenteel alleen voor onderzoeksdoeleinden beschikbaar is.

U kunt hier meer over deze neuroprosthetica leren:

Dit is echter niet waar SCI neuroprosthetica stoppen. Het Courtine Lab - dat geleid wordt door neurowetenschapper Gregoire Courtine in Lausanne, Zwitserland - werkt onvermoeibaar om gewonde mensen te helpen de controle over hun benen te herwinnen. Hun onderzoeksbezoeken met ratten hebben de verlamde knaagdieren verlamd om te lopen, bereikt door gebruik te maken van elektrische signalen en ze te stimuleren zenuwen in het gescheiden ruggenmerg.

"Wij geloven dat deze technologie op een dag de kwaliteit van leven van mensen die geconfronteerd worden met neurologische stoornissen aanzienlijk kan verbeteren," zegt Silvestro Micera, mede-auteur van het experiment en neuroengineer bij Courtine Labs.

Onlangs heeft Prof. Courtine ook een internationaal team van onderzoekers geleid om succesvol vrijwillige beenbeweging in rhesus apen te creëren. Dit was de eerste keer dat een neuroprosthetica werd gebruikt om in niet-menselijke primaten te kunnen lopen.

Echter, "het kan enkele jaren duren voordat alle componenten van deze interventie in mensen kunnen worden getest," zegt prof. Courtine.

Een arm die voelt

Silvestro Micera heeft ook andere projecten over neuroprosthetica geleid, waaronder de arm die 'voelt'. In 2014, Medical-Diag.com Gerapporteerd op de eerste kunstmatige hand die werd verbeterd met sensoren.

Onderzoekers gemeten de spanning in de pezen van de kunstmatige hand die de bewegingen begrijpt en in elektrische stroom veranderde. Op zijn beurt werd het gebruik van een algoritme vertaald in impulsen die vervolgens naar de zenuwen in de arm werden gestuurd, waardoor een gevoel van aanraking werd veroorzaakt.

Sindsdien is de prosthetische arm die 'voelt' nog verbeterd. Onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh en het University of Pittsburgh Medical Center, beiden in Pennsylvania, testten de BCI op een enkele patiënt met quadriplegie: Nathan Copeland.

De wetenschappers geïmplanteerd een schede van micro-elektroden onder het oppervlak van Copeland's hersenen - namelijk in zijn primaire somatosensory cortex - en verbinden ze met een prosthetische arm die met sensoren was uitgerust. Dit zorgde ervoor dat de patiënt gevoelens van aanraking voelde, die hem voelde alsof zij aan zijn eigen verlamde hand behoorde.

Terwijl geblinddoekte, kon Copeland vaststellen welke vinger op zijn prothese arm werd aangeraakt. De sensaties die hij waargenomen varieerde in intensiteit en voelden zich verschillend in druk.

Neuroprosthetica voor neuronen?

We hebben gezien dat hersenbeheerde prosthetica het gevoel van aanraking, gehoor, zicht en beweging van patiënten kan herstellen, maar kunnen we de prothetiek voor de hersenen zelf bouwen?

Onderzoekers van de Australian National University (ANU) in Canberra in geslaagd om kunstmatig kweken hersencellen en het creëren van functionele hersenen circuits, de weg vrijmaakt voor neuroprosthetics voor de hersenen.

Door het toepassen van nanowire geometrie op een halfgeleiderwafel kwam Dr. Vini Gautam van de ANU Research School of Engineering en collega's op met een steiger die de hersencellen toelaat om te groeien en synaptisch te verbinden.

Project groepsleider Dr. Vincent Daria, van het John Curtin School of Medical Research in Australië, verklaart het succes van hun onderzoek:

We waren in staat om voorspellende verbindingen tussen de neuronen te maken en bleek dat ze functioneel waren met neuronen die synchroon stoten. Deze werkzaamheden kunnen het openen van een nieuw onderzoeksmodel dat bouwt een sterkere verbinding tussen materialen nanotechnologie met neurowetenschappen."

Neuroprosthetics voor de hersenen zou kunnen een dag helpen patiënten die een beroerte hebben meegemaakt of die leven met neurodegeneratieve ziekten te neurologisch herstellen.

Elk jaar in de VS hebben bijna 800.000 mensen een beroerte gehad, en meer dan 130.000 mensen sterven eraan. Neurodegeneratieve ziekten zijn ook wijdverspreid, waarbij 5 miljoen Amerikaanse volwassenen naar schatting leven met de ziekte van Alzheimer, 1 miljoen hebben Parkinson's en 400.000 om multiple sclerose te ervaren.

Lees meer over Facebook's nieuwste streven: de ontwikkeling van BCI's.

Over Leven met - beroerte - Diana Cornet - mei 2013 (Video Medische En Professionele 2018).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Medische praktijk