Паралич пациенты восстанавливают ощущение, контроль мышц через мозговую машину.

Паралич пациенты восстанавливают ощущение, контроль мышц через мозговую машину.

Это исследование является частью проекта «Прогулка снова» в Сан-Паулу, Бразилия, в рамках которого проводится работа с людьми, получившими травмы позвоночника в результате столкновения с автомобильной аварией, падений и других травм, парализовавших их нижние конечности. Программа направлена на то, чтобы помочь участникам восстановить силы, мобильность и независимость.

Проект «Прогулка снова» является результатом сотрудничества более 100 ученых из 25 стран. Их совместные усилия позволили человеку с параличом ударить по футбольному мячу во время церемонии открытия чемпионата мира 2014 года в Сан-Паулу с помощью управляемого мозгом робота-экзоскелета.

Возглавляемое доктором Мигелем Никольлисом, соруководителем Центра нейроинженерии при Дюкском университете, исследование является продолжением предыдущих исследований доктора Никольлиса, посвященных изучению того, как популяции клеток мозга представляют сенсорную и двигательную информацию и как они генерируют поведение, включая движения верхних и нижних конечностей.

Предыдущие исследования проложили путь для использования мозговых машин в человеке.

В одном исследовании д-р Никольлис записал мозговую активность крыс, обученных тянуть за рычаг робота, чтобы получить глоток воды с помощью микроэлектродов, имплантированных мозгом. Использование мозгового аппаратного интерфейса позволило крысам научиться управлять рычагом, используя только свою мозговую активность.

Другое исследование показало, как обезьяны-резус научились управлять конечностями роботов и анимированной версией себя на цифровом экране, а также двигаться в инвалидных креслах к чаше винограда, занимаясь только мозговой деятельностью. Обезьяны-резус также научились ходить по беговой дорожке с роботизированными ногами, управляемыми мозгом.

Эти эксперименты с крысами и приматами создали модель для работы с пациентами человека, в которой активность мозга была зафиксирована у пациентов, когда они использовали руку, чтобы захватить мяч с различной силой.

«Важно понять, как мозговые коды движения», — говорит доктор Никольс. «Мы открыли для себя принципы работы мозга, которые мы бы не обнаружили без проникновения в мозг.»

«Никто не ожидал, что мы увидим то, что нашли, а именно частичное неврологическое восстановление сенсомоторных и висцеральных функций», — добавляет он.

Цель нового исследования состояла в том, чтобы проложить путь к усовершенствованию протезирования и устройств с контролем мозга для людей с серьезными физическими недостатками.

Восстановление, ранее не наблюдавшееся у пациентов с длительным параличом.

Используя мозговые машинные интерфейсы, включая систему виртуальной реальности, пациенты использовали свою мозговую активность для имитации полного контроля над ногами. В начале реабилитации пять участников были парализованы по меньшей мере на протяжении пяти лет, а два — более десяти лет.

«В данной статье мы показываем, что пациенты, которые долгое время пользовались мозговым интерфейсом, испытали улучшения в моторном поведении, тактильных ощущениях и висцеральных функциях ниже уровня повреждения спинного мозга», объясняет доктор Никольс.

«До сих пор никто не видел восстановления этих функций у пациента столько лет после постановки диагноза полного паралича», — добавляет он.

По словам д-ра Никольлис, участники были одеты в рукав, оснащенный сенсорной технологией тактильной обратной связи, чтобы обогатить опыт и тренировать свой мозг. Тактильные системы используют различные вибрации, чтобы обеспечить тактильную обратную связь, подобно жужжащим толчкам или откатам, которые геймеры ощущают через портативный контроллер.

«Тактильная обратная связь синхронизирована, и мозг пациента создает ощущение, что он идет сам по себе, а не с помощью приборов», — говорит доктор Никольлис. «Это вызывает иллюзию, что они чувствуют и двигают ногами. Наша теория заключается в том, что, делая это, мы индуцировали пластичность не только на уровне коры головного мозга, но и на уровне спинного мозга».

Диагноз улучшился с полного до частичного паралича

Восемь пациентов проводили не менее 2 часов в неделю, используя мозговые интерфейсы или устройства, управляемые сигналами мозга. После нескольких месяцев тренировок ученые наблюдали мозговую активность, которую они ожидали, когда пациенты задумывались о том, чтобы двигать ногами.

«По сути, тренинг позволил пациентам восстановить представление о нижних конечностях в мозгу», — говорит д-р Никольлис.

После года тренировок ощущения и контроль мышц у четырех пациентов изменились настолько значительно, что врачи перешли от полного к частичному параличу.

Контроль мочевого пузыря и функции кишечника также улучшились у пациентов, что снизило их зависимость от слабительных средств и катетеров и риск инфекций, которые являются распространенными у пациентов с хроническим параличом и одной из основных причин смерти.

«Одно из предыдущих исследований показало, что у большого процента пациентов, у которых диагностирована полная параплегия, некоторые позвоночные нервы все еще могут оставаться нетронутыми», — говорит доктор Никольлис.

» Эти нервы могут протекать тихо в течение многих лет, потому что нет сигнала от коры головного мозга к мышцам. С течением времени тренировки с помощью интерфейса мозг-машина могли бы возродить эти нервы. Это может быть небольшое количество волокон, которые остаются, но этого может быть достаточно, чтобы передать сигналы от области моторной коры головного мозга к спинному мозгу».

Доктор Мигель Никольс.

Ученые предоставили видеоматериалы о технологии и пациентах, чтобы проиллюстрировать их прогресс.

В будущих исследованиях основное внимание будет уделяться пациентам с недавней травмой спинного мозга, чтобы определить, может ли более быстрое лечение привести к более быстрым и лучшим результатам.