Przyszłość medycyny według pisma Nature: protezy neuronalne

Neil Savage. The power of thought. Neural prostheses are helping to restore movement and the sense of touch in people with paralysis. Nature Outlook 2018;555:S12 (dostępny pełen tekst)

Zgodnie z danymi WHO każdego roku na świecie  250-500 tysięcy osób doznaje uszkodzenia rdzenia kręgowego, u 15% konsekwencją jest tetraplegia, 45% zachowuje pewną zdolność ruchu czucia we wszystkich kończynach, ale doświadcza istotnych ograniczeń funkcjonowania. Ponadto tylko w USA  z ograniczeniami ruchowymi żyje 1,5 miliona osób po udarze i kolejne 1,5 miliona ze stwardnieniem rozsianym lub mózgowym porażeniem dziecięcym.

Artykuł z cyklu „Przyszłość medycyny” w piśmie Nature omawia stan prac nad nowymi technologiami które mogą pomóc w odzyskiwaniu możliwości ruchu i czucia u osób sparaliżowanych.

Opisany jest przypadek mężczyzny z porażeniem kończyn dolnych po wypadku, który bierze udział w eksperymencie nad kontrolowaniem robotycznego egzoszkieletu za pomocą myśli. W technologii tej aktywność mózgowa przekazywana jest przez 64 elektrody umieszczone w czepku na czaszce i przekazywana do komputera sterującego egzoszkieletem. Uczestnik nie powinien myśleć o samym chodzeniu, ale raczej o koncentrować się na celu – np. wypiciu kawy ze filiżanki na stole do którego trzeba dojść. Prace badawcze postępują,  jak podkreśla ich uczestnik już sama możliwość stania dla osoby spędzającej czas na wózku jest niezmiernie ważna.

Metoda ta ma pewne ograniczenia. Odczyt aktywności mózgowej z czaszki jest niedokładny, zakłócają go np. mruganie czy skurcze mięśni głowy. Inni badacze pracują nad implantowaniem elektrod bezpośrednio w korze ruchowej. Takie elektrody są w stanie poruszać robotycznymi protezami. Podobną technologię stosuje się w pracach nad  odruchami  czuciowymi – elektrody umieszcza się w korze czuciowej oraz w czujnikach nacisku w protezie.

Obecnie bada się także możliwość stymulowania do ruchu ludzkich mięśni kończyny górnej. W tym eksperymencie dwie 100 elektrodowe matryce implantowane są w korze ruchowej odpowiedzialnej na ruchy kończyny górnej. Innych 36 elektrod umieszczanych jest na mięśniach ręki, łokcia i ramienia. Komputer łączący elektrody „uczy się” przekształcać impulsy mózgowe związane z intencja ruchu w odpowiednie impulsy stymulujące mięśnie. Tą metodą udało się uzyskać ruch podnoszenia ręki do ust czy podrapania nosa.

Do zastosowania protez neuronalnych w warunkach domowych jeszcze daleka droga. Największym obecnie ograniczeniem jest ich duży rozmiar i nieporęczność.  Obecnie system składa się z całego zestawu komputerów. Docelowo uczeni pragną zminiaturyzować go do  rozmiaru smartfona oraz  zastosować technikę bezprzewodową.

Również implantowane elektrody mają ograniczenia – z reguły mogą działać tylko kilka lat. Organizm ma tendencją do otaczania ich komórkami glejowymi. Ponadto elektrody mogą się pod wpływem ruchu człowieka przemieszczać w niewielkim zakresie, a przez to odbierać sygnały z innych neuronów a także powodować podrażnienie tkanek. Z tych powodów z czasem odbierane sygnały stają się  coraz mniej dokładne. W artykule bardziej szczegółowo  omówione są możliwe problemy techniczne.

A zatem omawiane zagadnienie pozostaje na razie bardziej obiecującym eksperymentem niż zastosowaniem praktycznym. Tym niemniej, już na tym etapie u uczestników badań z egzoszkieletami widoczne są wyraźne korzyści kliniczne: lepsze samopoczucie psychiczne, poprawa funkcji pęcherza i jelit, mniej infekcji i problemów ze skórą, ogólne wzmocnienie.

Opracowano na podstawie: Nature Outlook, marzec 2018

Marcin Kargul