Первый в мире спинномозговой имплант для управления движениями
Маленький шаг для человека, но огромный — для всего человечества
7 февраля в журнале Nature Medicine опубликовали статью нейробиолога Grégoire Courtine и его коллег с описанием первого в мире спинномозгового импланта, разработанного для управления движениями тела путем имитации сигналов нервной системы. Нижняя часть тела обычно получает сигналы от головного и верхней части спинного мозга. Это изобретение позволило троим добровольцам, парализованным в прошлом из-за поперечных травм спинного мозга, снова осуществлять различные движения ногами и туловищем – пациенты смогли стоять, ходить, крутить педали велосипеда, плавать и даже грести на каноэ!
Травмы спинного мозга
По данным ВОЗ ежегодно 250-500 тысяч человек во всем мире получают повреждения спинного мозга. Чаще всего травмы позвоночника и спинного мозга у взрослых обусловлены падением с высоты (кататравма, примерно 50% пациентов), ДТП (примерно 30% пациентов), ныряние на мелководье (примерно 10% пациентов). Ведущая причина позвоночно-спинномозговой травмы у детей – это ДТП (свыше 50%). У детей старшего школьного возраста, подростков и взрослых примерно 90% повреждений приходится на грудной и поясничный отделы позвоночного столба: 70% на уровне грудопоясничного перехода. Для детей младшего и дошкольного возраста ввиду анатомо-физиологических особенностей более характерно преобладание травм шейного отдела позвоночника.
Суть технологии
Тридцать лет исследований показали, что эпидуральная электрическая стимуляция (ЭЭС), наложенная на пояснично-крестцовый отдел спинного мозга, может восстановить ходьбу после травмы спинного мозга (ТСМ). Подгруппа пролеченных лиц с полным двигательным параличом может даже ходить по земле с ЭЭС после многих месяцев интенсивных тренировок при поддержке нескольких физиотерапевтов. Однако перевод подобных изолированных экспериментов в полноценную общедоступную реабилитацию пациентов требует нейротехнологий, которые обеспечат быстрое восстановление многочисленных двигательных функций в условиях ограниченных медицинских ресурсов. Данное исследование было нацелено на решение перечисленных проблем.
Гибкая основа с 16 электродами
В экспериментах проводилась ЭЭС генератором импульсов с 16 электродами, имплантированным в пространство между позвоночником и спинным мозгом. Изначально электроды были разработаны для воздействия на дорсальный столб спинного мозга. Электроды, нацеленные на ансамбль задних корешков спинного мозга, которые участвуют в движениях ног и туловища, показали высокую эффективность. Электроды работали в динамическом режиме с заданным временем для воспроизведения естественного пространственно-временного паттерна активации мотонейронов во время двигательной активности. Такой подход намного эффективнее восстанавливает движения после самых тяжелых ТСМ по сравнению с непрерывной ЭЭС, которая применялась в экспериментах прошлых лет, причем набор движений также становится заметно разнообразнее. Для правильной имплантации электродов с помощью МРТ и КТ производили картирование размера и расположения нейронов в спинном
мозге, а также создали вычислительную основу, которая информировала об оптимальном расположении электродов и определяла их нейрохирургическое положение. Также было разработано программное обеспечение, поддерживающее быструю настройку программ стимуляции для конкретных видов деятельности, которые воспроизводили естественную активацию двигательных нейронов, лежащую в основе каждого действия.
Смартфон может управлять телом?
Все три участника с полным параличом нижней части тела в течение одного дня после активации имплантата вновь смогли контролировать утраченные
движения ног и туловища, восстановив определенный уровень двигательной активности с помощью специальных программ стимуляции. Каждый человек мог контролировать схему электрической стимуляции посредством кнопок или планшета, тем самым, выбирая необходимые заранее запрограммированные движения, например, поднятие или опускание каждой ноги. Участники также смогли вращать педали на велосипеде, выполнять приседания, а также сохранять устойчивость тела во время гребли на каноэ.
В будущем группа ученых планирует упростить технологию, чтобы пользователь мог управлять своим телом через смартфон. Команда уже получила одобрение FDA на тестирование системы в США с участием большего числа людей. Исследователи планируют сосредоточиться на людях с недавними травмами, потому что тесты на грызунах показали, что животные, как правило, восстанавливают больше движений, когда стимуляция начинается сразу после травмы. Ученые также тестируют мозговой имплантат, который будет напрямую направлять мысленные инструкции для стимуляции спинного мозга. Также новое устройство может восстановить другие функции, которые часто теряются из-за повреждения спинного мозга, такие как контроль мочевого пузыря и сексуальная функция.
Ещё одна оптимистичная новость в медицине. А прошлая новость касалась терапии интраназальным инсулином болезни Альцгеймера.
Обсудить последние новости со всеми коллегами России вы можете в чатах:
