Hjernecomputergrænseflade-teknologi genopretter følelse i hånden på en person med rygmarvsskade

Et hold af forskere fra Battelle og Ohio State University Wexner Medical Center rapporterer, at ved hjælp af hjernecomputergrænseflade-teknologi har de succesfuldt genoprettet følelse i hånden på en person med en alvorlig rygmarvsskade. Denne udvikling kommer, mens forskere over hele verden arbejder på teknologi, der kan genoprette lem-funktion hos personer, der er lammet på grund af skade eller sygdom.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Cell den 23. april.

Kunstig sansefeedback

Den nye teknologi afhænger af brugen af ufølelige, små neurale signaler, der forstærkes gennem kunstigt sansefeedback, som sendes tilbage til personen. Denne metode resulterer i en stor øgning af motorfunktion.

Patrick Ganzer er første forfatter og en ledende forskningsscientist på Battelle.

“Vi tager subperceptuelle berøringshændelser og forstærker dem til bevidst perception,” siger Ganzer. “Da vi gjorde dette, så vi flere funktionelle forbedringer. Det var et stort eureka-øjeblik, da vi først genoprettede deltagernes følelse af berøring.”

Deltageren

Deltageren var en 28-årig mand, der var involveret i en bilulykke i 2010, som resulterede i en alvorlig rygmarvsskade. Deltageren, hvis navn er Ian Burkhart, har været involveret i et projekt kaldet NeuroLife siden 2014 for at genoprette funktionen i hans højre arm.

Den nyligt udviklede enhed bruger et system af elektroder, der placeres på huden, og en lille computerchip, der er indopereret i motorcortex. Der er ledninger, der sender bevægelsessignaler fra hjernen til musklerne, hvilket tillader, at rygmarvsskaden kan omgås. Med enheden kan Burkhart kontrollere sin arm og udføre handlinger som at løfte en kaffekop, svinge en kreditkort og spille videospil, der kræver brug af hænder og arme.

“Indtil nu har Ian af og til følt, at hans hånd var fremmed på grund af manglende sansefeedback,” siger Ganzer. “Han har også problemer med at kontrollere sin hånd, medmindre han ser på sine bevægelser nøje. Dette kræver meget koncentration og gør simple multitasking-opgaver som at drikke en sodavand, mens man ser tv, næsten umulig.”

Når forskerne stimulerede hans hud, var der ingen følelse, men et neuralt signal var stadig til stede i hans hjerte. Problemet var, at det neurale signal var så lille, at det ikke kunne føles. Forskerne kunne forstærke signalet, så hjernen kunne reagere.

Gennem brugen af haptisk feedback blev de subperceptuelle berørings-signaler kunstigt sendt tilbage til Burkhart, hvilket tillod ham at føle dem.

Med den nye metode kunne Burkhart opdage ting udelukkende gennem berøring. En anden gennembrud var, at systemet er det første BCI, der tillader genoprettelse af bevægelse og berøring på samme tid, hvilket giver en større følelse af kontrol. Endelig tillader metoden, at BCI-systemet kan føle den rette mængde tryk til at håndtere et objekt.

Forskerholdet ønsker at skabe et BCI-system, der kan bruges i hjemmet. En næste generation af en sleeve er i øjeblikket under udvikling, som indeholder elektroder og sensorer, der kan tages på og af. De arbejder også på et system, der kan kontrolleres af en tablet i stedet for en computer.

“Det har været fantastisk at se mulighederne for sanseinformation, der kommer fra en enhed, der oprindeligt kun var designet til at låse min hånd i en én-vejs retning,” siger Burkhart.