Помагала под егзоскелетом под контролом мозга која шетају Тетраплегијом


28-годишњи мушкарац са ограниченим покретима руку након тешке повреде вратне краљежнице сада може помицати руке у више праваца и ходати помоћу егзоскелета виси од плафона.



Двострана имплантација бежичних снимача изнад сензоримоторних кортиката његовог мозга и декодирање података о епидуралној електрокортикографији који су генерисани омогућили су ова достигнућа.



Пацијент се научио како померати руке и ноге помоћу сучеља мозга-рачунара, прво се активно укључио у компјутерске игре, затим премештајући аватар рачунара и на крају прелазећи на егзоскелет.

"По први пут, тетраплегични пацијент био је у стању да хода и контролише обе руке користећи овај неуропротетик, који у реалном времену снима, преноси и декодира сигнале мозга за контролу егзоскелета", аутор студије Гуиллауме Цхарвет, шеф пројекта Браин Цомпутер Рекао је пројекат интерфејса у Цлинатец-у у Греноблу у Француској Медсцапе Медицал Невс.

Један је учесник у континуираној студији изводљивости стратегије. Двогодишњи резултати студије објављени су на мрежи 3. октобра у Ланцет Неурологи.

"Овај пројекат, назван Браин Цомпутер Интерфаце, намерава да докаже да је, после тренинга, особа са озбиљним моторичким онеспособљењем … способна да контролише сложене функционалне уређаје за супституцију, као што је егзоскелет са четири екстремитета, декодирањем електричне активности мозга, "Рекао је Цхарвет.

Ово није прва студија у којој је егзоскелет коришћен за промоцију рехабилитације или неуролошког опоравка након можданог удара или тешке повреде кичмене мождине. Међутим, претходни рад фокусиран је на ортотику руке или егзоскелете који су били постављени око руке или доњих удова. Цхарвет и колеге су се више заузели за цело тело.

У прошлим истраживањима, контрола многих покрета постигнута је коришћењем жичаних микроелектрода, иако „клинички компатибилно решење за компензацију моторног дефицита још увек не постоји“, напомињу Цхарвет и колеге.

Садашњи истражитељи дизајнирали су ВИМАГИНЕ уређај. Потпуно је имплантабилна и биокомпатибилна тако да омогућава дуготрајну употребу.

Да би одредили најбоље постављање сваког имплантата са његових 64 електроде, истраживачи су од пацијента тражили да прави или замишљене покрете рукама и ногама. Понављао је те покрете док су му истражитељи сликали мозак користећи магнетоенцефалографију (МЕГ) и фМРИ. Ово снимање им је омогућило да идентификују центар његовог сензоримоторног кортекса за прецизну хируршку имплантацију.

Добровољни и виртуелни покрети

Пацијентова тетраплегија је резултат повреде кичмене мождине Ц4-Ц5. Могао је уговорити свој бицепс за померање руку у лакту и могао је да помера леви зглоб. Иначе, његов сензорни моторички дефицит је био потпун.

Приликом уласка у студију, једина помоћна технологија коју је користио је инвалидска колица, која је контролисана џојстиком за подршку леве руке. Био је кандидат за студију, јер су му снимци фМРИ и МЕГ показали да се кортикални сигнали производе када је замислио да помера све своје удове.

Пацијент је обављао прогресивно захтјевније задатке. Примери укључују видео игру сличну Понг-у, у којој је ментално контролисао весло да пресреће падајућу лопту. Такође је посегнуо да додирне мету као део дводимензионалне игре и користио је врховима прстију за интеракцију са тродимензионалним панелом од осам светлећих диода.

Пацијентови декодирани епидурални електрокортикографији (ЕЦоГ) сигнали мозга омогућили су му контролу над егзоскелетом од 65 кг (143 килограма).

Досезање прекретница

Пацијент је постигао 54% ​​погодака у 19 експеримената са Понг-овим видео-играма левом руком.

У обављању дводимензионалних задатака левом руком био је успешан 80% времена. Десном руком је био успешан 82% времена.

Када је користио аватар на екрану за довршавање својих задатака, он је обављао тродимензионалне задатке 57% времена левом руком и 53% времена десном руком.

У задацима додира и додира помоћу егзоскелета, пацијент је успешно обављао тродимензионалне задатке левом руком 69% времена, а десном руком 62% времена.

У почетним задацима ходања изводећи видео игрицу, пацијент је постигао праву позитивну стопу од 83% и лажно позитивну стопу од 13%. Када је упућен да хода користећи аватар, постигао је праву позитивну стопу од 92% и лажну позитивну стопу од 5% у минути.

Када је носио суспендовани егзоскелет, његова реална позитивна стопа била је 73%, а његова лажно позитивна стопа 7% 2 месеца након операције. Пацијенту је приказан ход у овом видеу. Прешао је укупну удаљеност од 145 метара (480 корака у 39 периода ходања).

Пацијент је такође извршио активацију егзоскелета са више удова како би створио моделе који су истовремено комбиновали неколико степена слободе у комбинованим задацима. На пример, био је 84% успешан обављајући дводимензионални задатак са две руке и 71% успео да испуни тродимензионални задатак са две руке.

Број првих

Имплантат је једини уређај одобрен за дугорочно клиничко испитивање, који омогућава дугорочно снимање на великом броју канала – 64 – што је највећи број контаката пријављених на једну страну, рекао је Цхарвет.

"Ово је прва демонстрација велике димензије контроле бимануалне неуропростетике која омогућава осам степени слободе, коришћењем система за снимање неуронске популације који је сигуран и компатибилан са хроничном клиничком употребом", додао је.

Студија је такође прва која је спојила све елементе потребне за дугорочну клиничку употребу код људи, укључујући епидурално снимање, бежично напајање и емисију, декодирање на мрежи многих ЕЦоГ канала и потпуно уграђено, напомињу истраживачи. "Наша интервенција није показала деградацију сигнала, никакве нуспојаве и дуготрајну толеранцију", пишу они.

28-годишњи пацијент у студији била је друга особа којој је систем уграђен. Почетни учесник је искључен јер су диктафони престали комуницирати недуго након имплантације, а уређаји су уклоњени. Истражитељи су идентификовали технички проблем и уклонили га пре уградње система код другог пацијента.

"Наш пацијент већ сматра да се његова мобилност протетика која се брзо повећава награда", напомињу истраживачи. Међутим, постоји упозорење. "Овај напредак није променио његов клинички статус. Главни циљ овог извештаја је показати да нас билатерални, полуинвазивни, епидурални хронични имплантати који управљају егзоскелетом са четири удова приближавају постизању очекиваног напретка у области компензације дефицита. . "

"Још три тетраплегична пацијента биће укључена у ово клиничко испитивање у наредним годинама. Овај доказ концепта отворит ће врата новим апликацијама за употребу овог неуропростетика код куће у пацијентима у свакодневном животу", рекао је Цхарвет.

„Цлинатец-ов тим ради на интегрисању нових ефектора, као што су инвалидска колица, и развијајући робусне и прецизније алгоритме за извођење сложенијих покрета, са надом да ће касније омогућити задацима такву манипулацију објектом“, додао је.

Да ли је свесна контрола потребна?

"Оригиналност ове студије показује контролу над четири удова, док је у већини претходних студија контролиран само један уд. Међутим, аутономно ходање са равнотежом није тако далеко могуће", др Том Шекспир из Одељења за клиничка истраживања при Лондонска школа хигијене и тропске медицине, Велика Британија, пише у пратећем уводном коментару.

"Иако ова студија представља добродошао и узбудљив напредак, морамо се сјетити да је доказ концепта далеко од употребљиве клиничке могућности. У овој области увијек постоји опасност од хипстера.

"Особе са тетраплегијом већ имају употребљива решења, у облику лаганих инвалидских колица са батеријама нове генерације и контрола које могу омогућити корисницима да се возе ударцем и пићем, микронапонама једне руке и другим средствима", примећује он. "Иако ова студија сугерира могућност замјене џојстика свјесном контролом, зашто је ово велико практично побољшање није очигледно."

Иако тек парализирани пацијент „заиста сања да хода поново, особа која се прилагодила њиховој ситуацији може имати друге приоритете – нпр. Управљање мјехуром или цријевима, контролу боли или избјегавање чирева притиска“, пише Схакеспеаре. „Заправо, људи са повредом кичмене мождине углавном уживају у добром квалитету живота, без обзира на ниво и степен лезије.

"Разумевање животних циљева ове групе пацијената био би важан корак ка сарадњи на истински корисном медицинском или технолошком напретку", додаје он.

Студију су финансирале Француска комисија за атомску енергију, Француско министарство здравља, Филантропска фондација Едмонд Ј Сафра, Фондатион Мотрице, Фондатион Наносциенцес, Институт Царнот и Фондс де Дотатион Цлинатец. Цхарвет и Схакеспеаре нису открили никакве релевантне финансијске односе.

Ланцет Неурол. Објављено на мрежи 3. октобра 2019. Сажетак, коментар

Пратите Дамијана МцНамара на Твиттеру: @МедРепортер. За више вести из Медсцапе Неурологи, придружите нам се на Фацебоок-у и Твиттер.