Zerwane połączenia nerwowe można obejść

Neuroproteza podsłuchuje polecenia z mózgu i przekazuje je prosto do mięśni. Dzięki niej niedługo sparaliżowane ofiary uszkodzeń rdzenia kręgowego będą mogły znów zacząć się poruszać

- Podsłuchujemy naturalne sygnały elektryczne z mózgu, które są instrukcjami dla ramienia i ręki, jak się ruszać. Następnie przesyłamy te sygnały bezpośrednio do mięśni - wyjaśnia prof. Lee E. Miller z Northwestern University w Chicago (USA). - Tego typu sztuczne połączenia między mózgiem a mięśniami pozwolą nam kiedyś pomagać sparaliżowanym pacjentom. Osoby z uszkodzonym rdzeniem kręgowym będą mogły wykonywać codzienne czynności i zdobyć większą niezależność.

Pracę prof. Millera opublikowano w magazynie "Nature".

Badania przeprowadzono na małpach. Elektryczne sygnały w ich mózgach i mięśniach zostały nagrane za pomocą specjalnych elektrod wszczepionych w ich ciała. Zwierzęta bawiły się w chwytanie piłki, podnoszenie jej i umieszczanie w pojemniku, a komputer rejestrował czynności ich układu nerwowego. To pozwoliło na opracowanie neuronalnego dekodera, czyli programu komputerowego, który był w stanie przewidzieć ruchy mięśni na podstawie zarejestrowanej pracy mózgu.

Gdy maszyna wiedziała już, kiedy małpa chce poruszyć piłką, była tym samym w stanie przetłumaczyć sygnał z mózgu na odpowiednie polecenia dla mięśni. Można więc było skonstruować protezę rdzenia kręgowego. Rdzeń kręgowy to informacyjna magistrala, przenosząca polecenia z mózgu do reszty ciała. Jego uszkodzenie pozbawia kręgowce (w tym - ludzi) czucia i możliwości ruchu. Dzięki mariażowi informatyki i medycyny, naukowcy liczą na obejście tego problemu. Jak to działa?

Urządzenie prof. Millera nagrywa aktywność 100 neuronów w mózgu za pomocą siateczki drobnych elektrod umieszczonej pod czaszką. Za ruchy ręki odpowiadają miliony szarych komórek, ale ta setka zajmuje się przekazywaniem poleceń na dół.

- W głębi mózgu są komórki, które wykonują wszystkie obliczenia niezbędne do kontroli ruchów, ale my podsłuchujemy tylko wynik tych obliczeń - wyjaśnia naukowiec.

Małpy otrzymały miejscowe znieczulenie, które sparaliżowało ich ramiona. Neuroproteza wszczepiona do mózgu i ramion pozwoliła mimo to na transmisję sygnału. Dzięki szybkiemu przesyłowi sygnałów elektrycznych do mięśni, małpy były w stanie wykonywać swoje zadania z piłką tak samo sprawnie, jak dotąd. No, może na początku miały niewielkie problemy.

- Zwierzę nie może od razu używać ręki z neuroprotezą perfekcyjnie, bo musi przejść proces uczenia się motoryki w nowych warunkach - mówi prof. Miller. - To bardzo podobna sytuacja do uczenia się używania nowej myszy komputerowej albo nowego typu rakiety tenisowej. Coś się zmieniło i musisz się do tego dostosować.