Apor med ryggmärgsskador som leder till förlamning av en lem har återfått sin förmåga att gå tack vare en ny trådlös neuroimplantat som återupprättar kommunikation mellan hjärnan och ryggmärgen, sa forskare onsdagen den 9 november.
Denna prestation markerar ytterligare ett steg framåt inom det snabbt utvecklande området för behandling av ryggmärgsskada med den senaste tekniken.
Under de senaste åren har forskare skapat teknologier för att hjälpa människor och apor att manipulera en robotarm med bokstavlig tankekraft, återställa en förlamad mans förmåga att använda en hand genom ett mikrochip som är implanterat i hans hjärna och använda elektrisk nervstimulering för att få förlamade råttor att gå.
Det nya systemet sticker ut bland alla dessa framsteg eftersom det gör att du kan koncentrera dig på din underkropp och ger apor - förmodligen människor inom en snar framtid - möjligheten att använda ett trådlöst system och inte vara bunden till en dator. Utvecklarna av detta system använde framsteg inom kartläggning av neural aktivitet och nervstimulering. En dator behövs för att avkoda hjärnsignaler och skicka dem till ryggmärgen, men datorteknik har gjort det möjligt att skapa en bärbar enhet.
Grégoire Courtine, en specialist på återhämtning av ryggmärgsskador vid Swiss Federal Institute of Technology i Lausanne, säger att han hoppas att systemet som han och hans kollegor har utvecklat kan användas på tio år för att behandla människor genom att hjälpa de går igenom rehabiliteringsprocessen och "förbättrar livskvaliteten."
Men som han betonade satte forskarna uppgiften att förbättra rehabiliteringsprocessen och inte uppfinna ett fantastiskt botemedel mot förlamning. "Människor kommer inte att kunna gå på gatorna med ett hjärn-ryggränssnitt" inom en snar framtid, tillade han.
Andrew Jackson från Newcastle University, som har studerat förlamning i överkroppen och inte var inblandad i denna studie, anser att det är "en ny viktig milstolpe" i sökandet efter förlamningsbehandlingar. Dr. Jackson skrev kommentarer om denna studie i tidskriften Nature, som publicerade resultaten av ett experiment av Dr. Curtin, Marco Capogrosso, Tomislav Milekovic och andra.
En av anledningarna till att detta system inte bör betraktas som ett mirakelkur för förlamning är att implantatet endast kan överföra de impulser som gör att lemmen kan sträckas och böjas vid rätt tidpunkt så att djuret kan gå på fyra ben, men tillåter inte mer komplexa rörelser, som att ändra riktning eller undvika hinder. Hos människor är saker och ting ännu mer komplicerade, för till exempel, till skillnad från fyrbenta djur, måste en person också upprätthålla balansen när man går.
Kampanjvideo:
Enligt Dr. Curtin gjorde de forskningen i samarbete med kinesiska experter eftersom begränsningarna av djurförsök i Schweiz skulle ha hindrat dem från att slutföra arbetet. Nu när deras experiment lyckades fick han tillstånd att fortsätta arbeta i Schweiz.
Dr Curtin skrev om den etiska sidan av sådana experiment med primater och betonade att det tog honom tio år att experimentera med gnagare för att göra sig redo att arbeta med apor. En av anledningarna till att forskare bara har arbetat med en förlamad lem är att tetrapoder kan leva relativt normalt utan att använda ett ben, samtidigt som de behåller kontrollen över blåsans och tarmarnas funktioner, medan en fullständig ryggbrott kan har en förödande effekt på djuret.
Dessutom, som Dr. Curtin tillade, kan arbetet med detta projekt, som lovar att hjälpa människor med ryggmärgsskador i framtiden, inte fortsätta med mänskligt engagemang förrän andra primater har experimenterats med. Att läsa signaler från hjärnan och stimulera ryggmärgen utförs med hjälp av enheter som redan används av människor för andra ändamål. Men programvaran för avkodning av signaler har ännu inte testats på människor.
David Borton från Brown University, en av huvudförfattarna till den nya rapporten, utvecklade den trådlösa sensorn med sina kollegor i processen att skriva sin doktorsavhandling, även innan han arbetade med Dr. Curtin. Utrustad med mikroelektroder registrerar och överför denna sensor impulser till den del av hjärnan som är ansvarig för lemmens rörelse. En av anledningarna till att systemet kan hjälpa till med rehabilitering är att det stärker de återstående neurala förbindelserna mellan delar av ryggmärgen och en skadad lem, sa han.
Anordningen för inspelning av hjärnsignaler har kompletterats med en anordning för elektrisk stimulering, placerad utanför ryggmärgen, som överför signaler till reflexsystemet. Gångprocessen kontrolleras endast delvis av hjärnan. Ryggmärgen har ett eget system som kan ta emot och svara på information från lemmarna. För det mesta tänker människor inte på hur de går, och gångprocessen styrs inte bara av hjärnan på en undermedveten nivå. Huvuddelen av lasten faller på ryggmärgen och reflexsystemet.
Dr. Curtin har tidigare använt elektrisk stimulering för att träna råttor med ryggmärgsskador att gå.
Men hans arbete involverade inte hjärnan, och en av de viktigaste komponenterna i dessa experiment var tidsramen. "Om hjärnan skickar en signal för att få en lem att röra sig, tar det bara några millisekunder innan denna anslutning upprättas", förklarade Dr. Borton.