Hjärndatorgränssnittsteknologi återställer känsel i handen hos en person med ryggmärgsskada

En grupp forskare vid Battelle och Ohio State University Wexner Medical Center rapporterar att de, med hjälp av hjärndatorgränssnittsteknologi, har lyckats återställa känsel i handen hos en person med en allvarlig ryggmärgsskada. Denna utveckling kommer när forskare runt om i världen arbetar med teknologi som kan återställa lemfungering hos personer som är förlamade på grund av skada eller sjukdom.

Forskningen publicerades i tidskriften Cell den 23 april.

Artificiell sensorisk återkoppling

Den nya tekniken bygger på användningen av otillräckliga, minimala neurala signaler som förstärks genom artificiell sensorisk återkoppling, som skickas tillbaka till personen. Denna metod resulterar i en stor ökning av motorfunktion.

Patrick Ganzer är huvudförfattare och en ledande forskare vid Battelle.

“Vi tar subperceptuella beröringshändelser och förstärker dem till medveten perception”, säger Ganzer. “När vi gjorde detta, såg vi flera funktionella förbättringar. Det var ett stort eureka-ögonblick när vi först återställde deltagarens känsel.”

Deltagaren

Deltagaren var en 28-årig man som var inblandad i en bilolycka 2010, vilket resulterade i en allvarlig ryggmärgsskada. Deltagaren, vars namn är Ian Burkhart, har varit involverad i ett projekt som heter NeuroLife sedan 2014 för att återställa funktionen i hans högra arm.

Den nyligen utvecklade enheten använder ett system av elektroder som placeras på huden och en liten datorchip som implanteras i motorcortex. Det finns ledningar som dirigerar rörelsesignaler från hjärnan till musklerna, vilket gör att ryggmärgsskadan kan kringgås. Med enheten kan Burkhart kontrollera sin arm och utföra handlingar som att lyfta en kaffekopp, swipa ett kreditkort och spela videospel som kräver användning av händer och armar.

“Tills nu har Ian ibland känt att hans hand var främmande på grund av brist på sensorisk återkoppling”, säger Ganzer. “Han har också svårt att kontrollera sin hand om han inte tittar på sina rörelser noggrant. Detta kräver mycket koncentration och gör enkla multitasking-uppgifter som att dricka en läsk medan man tittar på TV nästan omöjliga.”

När forskarna stimulerade hans hud, fanns det ingen känsel, men en neural signal var fortfarande närvarande i hans hjärna. Problemet var att den neurala signalen var så liten att den inte kunde uppfattas. Forskarna kunde förstärka signalen så att hjärnan kunde svara.

Med hjälp av taktil återkoppling skickades de subperceptuella beröringssignalerna artificiellt tillbaka till Burkhart, vilket gjorde att han kunde uppfatta dem.

Med den nya metoden kunde Burkhart upptäcka saker enbart genom beröring. En annan genombrott var att systemet är det första hjärndatorgränssnittet som tillåter återställning av rörelse och beröring samtidigt, vilket ger en större känsla av kontroll. Slutligen tillåter metoden att hjärndatorgränssnittssystemet kan känna av rätt mängd tryck för att hantera ett föremål.

Forskargruppen vill skapa ett hjärndatorgränssnittssystem som kan användas i hemmet. En ny generation av sleeves utvecklas för närvarande, som innehåller elektroder och sensorer som kunde sättas på och tas av. De arbetar också på ett system som kan kontrolleras av en surfplatta istället för en dator.

“Det har varit fantastiskt att se möjligheterna för sensorisk information som kommer från en enhet som ursprungligen skapades för att endast tillåta mig att kontrollera min hand i en enkelriktad riktning”, säger Burkhart.