Dvivienis nervų aplinkkelis atgaivino judesį ir jautrumą

Jis pakėlė puodelį. Jis pajuto jo šilumą. Po šešerių metų paralyžiaus tie du paprasti veiksmai atrodė lyg mažas stebuklas.

2020 metais 42 metų Kit Thomas nardė kiemo baseine ir patyrė katastrofišką kaklo traumą, dėl kurios buvo visiškai paralyžiuotas nuo krūtinės žemyn. Daugelį metų jis priklausė nuo slaugytojų net atliekant pačius paprasčiausius darbus. Praėjusį mėnesį, dalyvavęs eksperimentiniame klinikiniame tyrime, jis sugebėjo pats pavalgyti, priartinti gėrimą prie lūpų ir pirmą kartą po nelaimės pajusti sesers rankos šilumą.

Kaip dvigubas nervų aplinkkelis atstatė lietimą ir judėjimą

Pažanga pasiekta Feinstein medicinos tyrimų institutų komandos dėka, kuri sukūrė sistemą, vadinamą dvigubu nervų aplinkkeliu. Dvi paralelės kanalai perdaro nutrūkusią smegenų ir kūno komunikaciją. Maži elektrodai įsodinami tiek į motorinę, tiek į sensorinę smegenų žievės sritis. Šie implantai aptinka paciento ketinimą judėti ir tuos nervinius modelius verčia į komandas, kurios aktyvuoja rankos ir delno raumenis.

Prie pačios galūnės itin jautrūs slėgio jutikliai įrengiami ant pirštų galiukų. Kai šie jutikliai registruoja kontaktą, jie siunčia signalus atgal į smegenų implantus, kad pacientas galėtų patirti lietimo pojūtį. Rezultatas yra uždaras grandinis smegenų-kompiuterio sąsaja, kuri daro daugiau nei tiesiog judina galūnę; ji atkuria dvikryptį informacijos srautą.

Dirbtinis intelektas atlieka palaikomąją rolę. Mašininio mokymosi dekoderiai susieja konkrečius smegenų bangų modelius su tam tikrais veiksmais ir taktiliniais pojūčiais. Viename įspūdingame šalutiniame eksperimente komanda taip pat panaudojo DI, kad rekonstruotų melodiją iš žievės aktyvumo, parodydami, kiek informacijos yra šiuose signaluose.

Klinikiniai rezultatai pasirodė greiti ir matomi. Po 35 savaičių treniruočių ir nuolatinio sistemos naudojimo Kito dešinės rankos jėga padidėjo 86 procentais, o kairės rankos 62 procentais. Užduotys, kurios anksčiau reikalavo pagalbos, dabar yra jo valioje: kasytis nosį, nuvalyti veidą, paimti trapius daiktus, pavyzdžiui, ploną kiaušinio lukštą, nepalaužiant jo.

Galbūt dar įdomiau tai, kad kai kurios atgautos funkcijos išliko net ir išjungus išorinę sistemą. Šis pastebėjimas rodo neuroplastiką veikiančią organizme. Pasikartojantis grandinių aktyvinimas, atrodo, skatina nervų sistemą formuoti naujus kelius, dalinai atkuriant funkciją neapsiribojant vien elektrodais ir programine įranga.

Norėdami sustiprinti jutimų atsigavimą, tyrėjai derino žievės stimuliaciją su taikytine periferine ir stuburo elektrostimuliacija. Pirmiausia jie įrašė Kito smegenų atsakus, kai jis įsivaizdavo prisilietimą. Tada jie atkartojo atitinkančius stimuliacijos modelius jo sensorinei žievei, tuo pačiu metu tiekiant švelnius elektro impulsus odai ir stuburui. Po maždaug 25 savaičių, sutelktų į dešinį riešą, anksčiau nejautrios sritys vėl įgijo matomą taktilinį suvokimą.

Rezultatai publikuoti žurnale Nature Medicine ir žymi reikšmingą pažangą neuroprotezų ir smegenų-kompiuterio sąsajų srityse. Jie taip pat kelia praktinių ir etinių klausimų, kai šios sistemos judės link platesnio klinikinio taikymo.

Ekspertų komentaras

"Šis darbas demonstruoja praktišką kelią nuo laboratorinio dekodavimo iki reikšmingos kasdienės funkcijos," sako dr. Elena Park, išgalvota neurologė ir neuroninės inžinerijos specialistė. "Žievės implantų, periferinių jutiklių ir adaptyvių algoritmų derinys sukuria sinergiją. Kiekvienas elementas atskirai yra ribotas, bet kartu jie atkuria grandinę, nuo kurios kūnas priklauso. Ilgalaikiai tyrimai parodys, kiek tvarios yra šios permainos ir kaip saugiai jas pritaikyti didesniam pacientų skaičiui."

Dar laukia iššūkiai. Implanto ilgaamžiškumas, infekcijos rizika, įrenginio kalibracija ir darbo imlūs mokymai, reikalingi kiekvienam pacientui, lieka realiomis kliūtimis. Reguliaciniai keliai ir sudėtingų gydymų kaina taip pat nulems, kaip greitai šis požiūris pasieks didesnę žmonių, gyvenančių su stuburo smegenų pažeidimu, grupę.

Vis dėlto pasekmės yra plačios. Be bazinio motorinio valdymo ir lietimo atkūrimo, uždaras grandinis smegenų-kompiuterio sąsaja gali pagerinti reabilitacijos strategijas, sumažinti globėjų naštą ir pagerinti gyvenimo kokybę. Ji taip pat gilina mokslinį supratimą apie tai, kaip ketinimas ir jutimas yra užkoduoti smegenyse.

Pacientams, kaip Kit Thomas, pokytis yra giliai asmeniškas. "Galiu paimti puodelį ir pats jį išgerti," jis sakė žurnalistams. "Vėl pajusti sesers ranką buvo tai, ko aš niekada nenustojau viltis." Dabar už šios vilties stovi mokslinis kelias, jungiantis elektrodus, adaptyvią programinę įrangą ir smegenų gebėjimą persijungti.