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Risveglio degli arti paralizzati
Una scimmia con un braccio paralizzato può ancora afferrare una palla, grazie a un nuovo sistema progettato per tradurre i segnali cerebrali in movimenti muscolari complessi in tempo reale. La ricerca, presentata al Conferenza della Società per le neuroscienze a Chicago questa settimana, potrebbe un giorno consentire alle persone con lesioni del midollo spinale di controllare i propri arti.
La scimmia pensa, la scimmia fa: Traducendo i segnali elettrici dal cervello di una scimmia in contrazioni muscolari tramite elettrodi impiantati, un animale con un braccio paralizzato è stato in grado di afferrare una palla.
Questo è un grande balzo in avanti: mostrano che la scimmia usa la capacità di contrarre artificialmente la sua mano per raccogliere effettivamente una palla, dice Krishna Shenoy , neuroscienziato della Stanford University. Penso che sia la prima dimostrazione di un sistema di stimolazione elettrica controllato corticale che esegue un compito che alla fine sarebbe utile per un paziente umano.
Mentre la lesione del midollo spinale impedisce ai segnali elettrici del cervello di raggiungere i muscoli, le persone paralizzate da queste lesioni spesso hanno nervi e muscoli intatti negli arti. Una tecnica chiamata stimolazione elettrica funzionale (FES), in cui gli elettrodi impiantati forniscono corrente elettrica per innescare le contrazioni muscolari, fornisce un modo per ricollegare questo circuito.
I dispositivi in grado di ripristinare la funzionalità della mano e il controllo della vescica in alcuni pazienti paralizzati sono già stati approvati dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti. I pazienti usano il movimento muscolare residuo per controllare consapevolmente questi sistemi, un sistema che funziona bene per alcune applicazioni ma limita la complessità del movimento che può essere eseguito. Ad esempio, un dispositivo FES consente alle persone di alzare una spalla per attivare un movimento di presa con la mano, ma non possono controllare quanto saldamente afferrare..
Ora, associando la tecnologia FES agli impianti cerebrali, gli scienziati stanno cercando di creare un sistema più intuitivo per il controllo degli arti paralizzati, in modo tale che pensare di muovere un braccio o afferrare con una mano si traduca automaticamente nello schema di attività elettrica necessario per eseguire tale operazione. movimento. È molto più naturale e se riesci a decodificare l'attività in un numero sufficiente di muscoli, potresti muovere più articolazioni contemporaneamente, afferma Robert Kirsch , neuroscienziato presso la Case Western Reserve University, a Cleveland, OH. Il normale movimento della mano e del braccio implica il movimento fluido di più articolazioni, piuttosto che i movimenti limitati possibili oggi.
Christian Ethier, ricercatore in neuroscienziato di Lee Miller laboratorio presso la Northwestern University, a Chicago, ha dimostrato i primi passi verso questo tipo di sistema nelle scimmie. I ricercatori hanno somministrato a ciascuna scimmia un anestetico locale per bloccare temporaneamente la funzione dei nervi flessori del braccio. Gli animali avevano fili impiantati nelle loro braccia per fornire stimoli elettrici ai muscoli, proprio come farebbero i nervi, e una serie di elettrodi impiantati nel cervello per registrare l'attività elettrica dalla corteccia motoria.
Le scimmie sono state prima addestrate a raccogliere una palla e metterla in una buca per guadagnare una ricompensa. Utilizzando l'attività cerebrale registrata durante questo compito, gli scienziati hanno sviluppato algoritmi di decodificazione specializzati che avrebbero tradotto l'attività cerebrale legata al movimento di diversi muscoli in uno stimolo elettrico per ciascuno dei cinque muscoli flessori del braccio in tempo reale, consentendo alla scimmia di afferrare la sua mano . Possiamo prevedere cosa sta cercando di fare la scimmia con i suoi muscoli e stimolare i muscoli di conseguenza, essenzialmente dando alla scimmia il controllo volontario attraverso il computer invece dei suoi nervi, dice Miller.
Normalmente, con il braccio paralizzato, gli animali hanno avuto difficoltà a completare il compito, portando la palla nel bersaglio solo circa il 10 percento delle volte, rispetto al 100 percento prima del blocco nervoso. L'attivazione del sistema FES controllato dal cervello ha aumentato la percentuale di successo degli animali paralizzati al 77 percento. I ricercatori hanno anche dimostrato di poter far muovere il polso alla scimmia in direzioni diverse: ora vogliono vedere se possono ripetere i risultati con i muscoli che controllano l'estensione.
I test umani potrebbero non essere lontani. Gli impianti corticali sono già in fase di sperimentazione su pazienti umani. Kirsch di Case Western ha presentato una ricerca alla conferenza che mostra che un paziente paralizzato con un impianto corticale potrebbe controllare un sofisticato modello computerizzato di un braccio. Kirsch e Miller non hanno ancora una tempistica specifica per mettere insieme i due sistemi, l'impianto corticale e l'impianto FES, negli esseri umani, ma Miller dice che sarebbe tecnicamente fattibile in un anno. Tuttavia, vogliono aspettare che gli scienziati abbiano sviluppato una versione wireless e completamente impiantabile dell'impianto corticale, che ora è sottosviluppo alla Brown University. Gli attuali impianti hanno fili sporgenti che aumentano il rischio di infezione e limitano la mobilità dei pazienti.
Ricerche precedenti hanno dimostrato che i pazienti con questi impianti possono controllare un cursore del computer ed eseguire alcuni movimenti con un braccio robotico. Sebbene questa ricerca sia entusiasmante per le persone i cui arti sono stati amputati, la nuova ricerca è applicabile ai pazienti con lesioni del midollo spinale. Molte persone preferirebbero fortemente che il loro braccio fosse rianimato in qualche modo, dice Shenoy. Questo è un grande passo avanti per quella popolazione di pazienti.