Ένας άνδρας με σοβαρή παράλυση κατάφερε να κινήσει ξανά τα χέρια του, να φάει μόνος του και να πιει από ένα ποτήρι, χάρη σε ένα πρωτοποριακό εγκεφαλικό εμφύτευμα που παρακάμπτει το σημείο της βλάβης στον νωτιαίο μυελό.
Η πειραματική τεχνολογία, η οποία περιγράφεται ως «διπλή νευρωνική παράκαμψη», δεν περιορίζεται στην αποκατάσταση της κίνησης. Δημιουργεί αμφίδρομη επικοινωνία ανάμεσα στον εγκέφαλο και τα άκρα, επιτρέποντας στον ασθενή να αισθάνεται και πάλι την αφή.
Ο Keith Thomas, από τη Νέα Υόρκη, είχε μείνει παράλυτος από το στήθος και κάτω μετά από σοβαρό ατύχημα σε πισίνα το 2020. Πριν ενταχθεί στην κλινική δοκιμή, δεν μπορούσε να σηκώσει τα χέρια του από το αναπηρικό αμαξίδιο. Έπειτα από χειρουργική επέμβαση, πολύμηνη εκπαίδευση και εντατική νευροαποκατάσταση, κατόρθωσε να εκτελεί βασικές καθημερινές κινήσεις που προηγουμένως ήταν αδύνατες.
Πώς λειτουργεί η «διπλή νευρωνική παράκαμψη»
Οι ερευνητές των Feinstein Institutes for Medical Research εμφύτευσαν στον εγκέφαλο του Thomas πέντε μικροσυστοιχίες ηλεκτροδίων, οι οποίες καταγράφουν τα νευρικά σήματα που παράγονται όταν σκέφτεται ότι θέλει να κινήσει τα χέρια ή τα δάχτυλά του.
Ένας αλγόριθμος μηχανικής μάθησης αναλύει τα συγκεκριμένα σήματα και τα μετατρέπει σε εντολές ηλεκτρικής διέγερσης. Οι εντολές μεταφέρονται σε επιθέματα που βρίσκονται πάνω στο δέρμα και διεγείρουν τους μυς του αντιβραχίου, του χεριού και συγκεκριμένα σημεία του νωτιαίου μυελού.
Με αυτόν τον τρόπο, η τεχνολογία δημιουργεί μια ηλεκτρονική «γέφυρα» που παρακάμπτει την τραυματισμένη περιοχή της σπονδυλικής στήλης και επανασυνδέει λειτουργικά τον εγκέφαλο με τα άκρα.
Από τη σκέψη στην κίνηση
Όταν ο Thomas σκέφτεται ότι θέλει να σηκώσει το χέρι του, να λυγίσει τον καρπό ή να πιάσει ένα αντικείμενο, το σύστημα αναγνωρίζει την πρόθεσή του και ενεργοποιεί τους κατάλληλους μυς.
Μετά από 35 εβδομάδες εκπαίδευσης, η μυϊκή δύναμη στο δεξί του χέρι αυξήθηκε κατά 86%, ενώ στο αριστερό κατά 62%, σύμφωνα με τα αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature Medicine.
Ο ασθενής, ο οποίος στην αρχή της δοκιμής δεν μπορούσε να φέρει τα χέρια του κοντά στο πρόσωπό του, κατάφερε να ξύσει τη μύτη του, να σκουπίσει το πρόσωπό του, να χρησιμοποιήσει μαχαιροπίρουνα και να πιει από ποτήρι.
Σε εργαστηριακές δοκιμές μπόρεσε επίσης να χειριστεί ευαίσθητα αντικείμενα, όπως τσόφλια αυγών, χωρίς να τα συνθλίψει. Το επίτευγμα αυτό δείχνει ότι το σύστημα δεν παράγει απλώς αδρές κινήσεις, αλλά επιτρέπει έναν βαθμό ελεγχόμενης δύναμης και λεπτής κινητικότητας.
Η αποκατάσταση της αίσθησης αφής
Η σημαντικότερη ίσως καινοτομία του συστήματος είναι ότι λειτουργεί και προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Αισθητήρες πίεσης στα δάχτυλα, στον αντίχειρα και στην παλάμη ανιχνεύουν την επαφή με αντικείμενα. Τα δεδομένα μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα, τα οποία μεταφέρονται σε αισθητικές περιοχές του εγκεφάλου.
Έτσι, ο εγκέφαλος δεν δίνει μόνο την εντολή για την κίνηση, αλλά λαμβάνει και πληροφορίες για το αποτέλεσμα της κίνησης. Ο Thomas μπόρεσε να αισθανθεί ξανά το χέρι της αδελφής του και το τρίχωμα του σκύλου του, εμπειρίες που είχαν χαθεί μετά το ατύχημα.
Η αμφίδρομη αυτή σύνδεση θεωρείται κρίσιμη, επειδή η αφή είναι απαραίτητη για τον έλεγχο της δύναμης, της πίεσης και της ακρίβειας των κινήσεων.
Η τεχνική της «φλοιώδους κατοπτρικής διέγερσης»
Για να ενισχύσουν την αισθητική αποκατάσταση, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια τεχνική που ονόμασαν «cortical mirroring» ή φλοιώδη κατοπτρική διέγερση.
Αρχικά κατέγραψαν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου του Thomas ενώ εκείνος φανταζόταν ότι κάποιος άγγιζε το χέρι του. Στη συνέχεια, αναπαρήγαγαν παρόμοια μοτίβα ηλεκτρικής διέγερσης στις αισθητικές περιοχές του εγκεφάλου, ενώ ταυτόχρονα διέγειραν το δέρμα και τον νωτιαίο μυελό.
Μετά από 25 εβδομάδες στοχευμένης θεραπείας στον δεξιό καρπό, ο ασθενής ανέκτησε αίσθηση αφής σε περιοχή που παρέμενε πλήρως μουδιασμένη από την ημέρα του ατυχήματος.
Οι ερευνητές ανέφεραν ότι η βελτίωση εξακολουθούσε να είναι ανιχνεύσιμη περισσότερο από δύο χρόνια αργότερα.
Ορισμένες βελτιώσεις παρέμειναν χωρίς τη συσκευή
Ιδιαίτερη επιστημονική σημασία έχει το γεγονός ότι μέρος της κινητικής και αισθητικής βελτίωσης παρέμεινε ακόμη και όταν το σύστημα ήταν απενεργοποιημένο.
Η παρατήρηση αυτή οδηγεί τους ερευνητές στην υπόθεση ότι η επαναλαμβανόμενη διέγερση μπορεί να ενεργοποίησε μηχανισμούς νευροπλαστικότητας, δηλαδή την ικανότητα του εγκεφάλου και του νευρικού συστήματος να δημιουργούν νέες λειτουργικές συνδέσεις.
Το σύστημα, επομένως, ενδέχεται να μην λειτουργεί μόνο ως ηλεκτρονική παράκαμψη της βλάβης, αλλά και ως εργαλείο επανεκπαίδευσης του νευρικού συστήματος.
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τον όρο «επανακαλωδίωση», χωρίς αυτό να σημαίνει ότι αποκαταστάθηκε πλήρως ο τραυματισμένος νωτιαίος μυελός.
Ένα αποτέλεσμα από έναν μόνο ασθενή
Παρά τον ενθουσιασμό που προκαλούν τα αποτελέσματα, η μελέτη αφορά έναν μόνο άνθρωπο και δεν αποδεικνύει ότι η ίδια τεχνολογία θα λειτουργήσει με τον ίδιο τρόπο σε όλους τους ασθενείς με κάκωση νωτιαίου μυελού.
Οι τραυματισμοί διαφέρουν σημαντικά ως προς το ύψος της βλάβης, τη σοβαρότητα, τον βαθμό διατήρησης των νευρικών οδών, την ηλικία του ασθενούς και τον χρόνο που έχει παρέλθει από το ατύχημα.
Δεν είναι επίσης ακόμη σαφές πόση κίνηση ή αίσθηση μπορεί να αποκατασταθεί μακροπρόθεσμα, ούτε ποιοι ασθενείς είναι οι καταλληλότεροι υποψήφιοι.
Απαιτούνται μεγαλύτερες κλινικές δοκιμές, με περισσότερους συμμετέχοντες και διαφορετικούς τύπους κακώσεων, προκειμένου να αξιολογηθούν η ασφάλεια, η αποτελεσματικότητα και η διάρκεια των αποτελεσμάτων.
Η χειρουργική επέμβαση και οι πρακτικοί περιορισμοί
Η τεχνολογία παραμένει σύνθετη και επεμβατική. Η τοποθέτηση των ηλεκτροδίων πραγματοποιήθηκε με πολύωρη ανοικτή χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο, ενώ η αποκατάσταση απαιτούσε μήνες εξατομικευμένης εκπαίδευσης.
Το σύστημα περιλαμβάνει εγκεφαλικά εμφυτεύματα, εξωτερικούς υπολογιστές, αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης, αισθητήρες και συσκευές ηλεκτρικής διέγερσης.
Επομένως, βρίσκεται ακόμη πολύ μακριά από την ευρεία κλινική χρήση. Πριν μπορέσει να εφαρμοστεί εκτός ερευνητικών κέντρων, θα πρέπει να γίνει πιο ασφαλές, πιο συμπαγές, λιγότερο επεμβατικό και οικονομικά προσβάσιμο.
Νέες προοπτικές για τις κακώσεις του νωτιαίου μυελού
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η συνδυασμένη αποκατάσταση της κίνησης και της αφής αποτελεί σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη των νευροπροσθετικών συστημάτων.
Οι περισσότερες προηγούμενες διεπαφές εγκεφάλου–υπολογιστή είχαν επικεντρωθεί στον έλεγχο εξωτερικών συσκευών, όπως ένας υπολογιστής, ένας ρομποτικός βραχίονας ή μια αναπηρική καρέκλα.
Η νέα προσέγγιση επιχειρεί να επαναφέρει τον έλεγχο στο ίδιο το σώμα του ασθενούς, ενεργοποιώντας τους δικούς του μυς και παρέχοντας ταυτόχρονα αισθητική ανατροφοδότηση.
Εφόσον τα αποτελέσματα επιβεβαιωθούν σε μεγαλύτερες μελέτες, η τεχνολογία θα μπορούσε μελλοντικά να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο σε κακώσεις νωτιαίου μυελού, αλλά πιθανώς και σε ασθενείς που έχουν χάσει κινητικές λειτουργίες έπειτα από εγκεφαλικό επεισόδιο ή άλλες νευρολογικές βλάβες.
Από την πλήρη εξάρτηση σε μικρές πράξεις αυτονομίας
Για έναν άνθρωπο με σοβαρή τετραπληγία, κινήσεις όπως το να κρατήσει ένα ποτήρι, να αγγίξει το πρόσωπό του ή να αισθανθεί το χέρι ενός συγγενικού προσώπου έχουν ιδιαίτερη σημασία.
Η συγκεκριμένη έρευνα δεν ισοδυναμεί με θεραπεία της παράλυσης. Δείχνει, όμως, ότι η σύνδεση εγκεφάλου, υπολογιστή, νωτιαίου μυελού και μυών μπορεί να αποκαταστήσει μέρος της χαμένης λειτουργίας και, ενδεχομένως, να ενεργοποιήσει μηχανισμούς μακροχρόνιας νευρολογικής βελτίωσης.
Το επόμενο κρίσιμο βήμα είναι η δοκιμή της «διπλής νευρωνικής παράκαμψης» σε περισσότερους ασθενείς, ώστε να διαπιστωθεί εάν το εντυπωσιακό αποτέλεσμα μπορεί να επαναληφθεί με ασφάλεια και συνέπεια.
Κάντε like στη σελίδα μας στο facebook για να μαθαίνετε όλα τα νέα
Διαβάστε επίσης
Τα εμφυτεύματα δεν συμπεριφέρονται όπως τα φυσικά δόντια
Νευροεμφυτεύματα, VR και ΤΝ φέρνουν το γραφείο του 2050 πιο κοντά
