Aivo-tietokoneliitäntätekniikka palauttaa selkäydinvamman saaneen henkilön käsien tunteen

Battellen ja Ohion osavaltion yliopiston Wexner Medical Centerin tutkijaryhmä raportoi, että Brain-Computer Interface -teknologian avulla he onnistuivat palauttamaan tunteen vakavasta selkäydinvammasta kärsivän henkilön käsiin. Tämä kehitys tapahtuu, kun tutkijat ympäri maailmaa työskentelevät teknologian parissa, joka pystyy palauttamaan raajojen toiminnan vamman tai sairauden vuoksi halvaantuneille henkilöille. 

- tutkimus julkaistiin lehdessä Solu huhtikuussa 23. 

Keinotekoinen sensorinen palaute

Uusi tekniikka perustuu käsittämättömien pienikokoisten hermosignaalien käyttöön, joita tehostetaan keinotekoisella sensorisella palautteena, joka lähetetään takaisin yksilölle. Tämä menetelmä lisää motorista toimintaa huomattavasti. 

Patrick Ganzer on Battellen ensimmäinen kirjailija ja päätutkija. 

"Otamme subperseptuaaliset kosketustapahtumat ja lisäämme niitä tietoiseksi havainnoimiseksi", Ganzer sanoo. ”Kun teimme tämän, näimme useita toiminnallisia parannuksia. Se oli suuri eureka-hetki, kun saimme ensimmäisen kerran palautettua osallistujan tuntoaistin.”

Osallistuja

Osallistujana oli 28-vuotias mies, joka joutui vuonna 2010 ajo-onnettomuuteen, joka johti vakavaan selkäydinvammaan. Osallistuja, jonka nimi on Ian Burkhart, on ollut mukana NeuroLife-projektissa vuodesta 2014 lähtien oikean kätensä toiminnan palauttamiseksi. 

Äskettäin kehitetty laite käyttää elektrodijärjestelmää, joka asetetaan iholle, ja pientä tietokonesirua, joka istutetaan motoriseen aivokuoreen. On olemassa johtoja, jotka ohjaavat liikesignaalit aivoista lihaksiin, jolloin selkäydinvamma voidaan ohittaa. Laitteen avulla Burkhart pystyy hallitsemaan käsiään ja suorittamaan toimintoja, kuten kahvimukin nostamista, luottokortin pyyhkäisyä ja videopelien pelaamista, jotka vaativat käsien ja käsivarsien käyttöä. 

"Tähän asti Ian on toisinaan tuntenut hänen kätensä olevan vieraita aistinvaraisen palautteen puutteen vuoksi", Ganzer sanoo. ”Hänellä on myös vaikeuksia kätensä hallitsemisessa, ellei hän tarkkaile hänen liikkeitään tarkkaan. Tämä vaatii paljon keskittymistä ja tekee melkein mahdottomaksi yksinkertaisen monitehtävän tekemisen, kuten soodan juominen television katselun aikana. ”

Aina kun tutkijat stimuloivat hänen ihoaan, ei ollut mitään tunnetta, mutta hermosignaali oli silti hänen aivoissaan. Ongelmana oli, että hermosignaali oli niin pieni, että sitä ei voitu havaita. Tutkijat pystyivät tehostamaan signaalia niin, että aivot pystyivät reagoimaan. 

Haptisen palautteen avulla subperseptuaaliset kosketussignaalit lähetettiin keinotekoisesti takaisin Burkhartille, mikä antoi hänelle mahdollisuuden havaita ne. 

Uudella menetelmällä Burkhart pystyi havaitsemaan asiat pelkästään kosketuksen avulla. Toinen läpimurto oli, että järjestelmä on ensimmäinen BCI, joka mahdollistaa liikkeen ja kosketuksen palauttamisen kerralla, mikä tarjoaa paremman hallinnan tunteen. Lopuksi menetelmä antaa BCI-järjestelmän havaita oikean määrän painetta kohteen käsittelemiseksi. 

Tutkijaryhmä haluaa luoda BCI-järjestelmän, jota voidaan käyttää kotona. Parhaillaan kehitetään seuraavan sukupolven holkkia, joka sisältää elektrodeja ja antureita, jotka voidaan laittaa päälle ja pois. He työskentelevät myös järjestelmän parissa, jota voidaan ohjata tabletilla tietokoneen sijaan. 

”On ollut hämmästyttävää nähdä mahdollisuudet aistitietoon, joka tulee alun perin luodusta laitteesta, jotta voin vain ohjata käteni yksisuuntaiseen suuntaan”, Burkhart sanoo.