実験脳

Jul 04, 2023

コメント 『Nature』誌に掲載された論文は、脳インプラントとコンピューター制御の人工装具が、脊髄の一部切断からの回復に対麻痺の男性をどのように助けたかを明らかにした。

研究プロジェクトの開始から約2年後、新たに発表された研究では、スイスのジュネーブにあるローザンヌ工科大学（EPFL）の実験技術が、患者の脳と脊椎下部を電子的に再接続することに成功しただけではなく、どのようにして成功したかについて説明している。コードによって彼は立ち、歩き、さらには階段を登ることができるようになりましたが、それは彼のリハビリテーションにも役立っています。

この症例で使用された脳脊椎インターフェース (BSI) インプラントは、新しい神経接続の成長に役立っているようです。 ここまで到達するのに1年以上の努力がかかり、現在では義足を外した状態でも短距離を歩くことができるようになった。 そしてこれはすべて、彼が腰に重傷を負ってから10年以上経った後のことだ。

義肢とは、男性の脳、つまり大脳皮質から信号を受信して​​、男性がやろうとしている動きを把握し、腰に取り付けられたパルス発生器を介して筋肉に信号を発して、それを実現する電子機器のバックパックを意味します。動き。 人工装具は彼の脊髄の損傷を効果的に修復し、そうでなければ伝わらないメッセージを伝え、彼は再び自分で動くことができるようになりました。

人工器官には、信号発生器だけでなく脳内のインプラントも含まれています。

すでに世に出ている技術を使用していますが、これは既製のキットではありません。 勇敢な患者であるオランダ人のゲルト・ヤン・オスカムさんは、自らの運動皮質のペアの領域に永久的な脳インプラントをいくつか埋め込むために、頭蓋骨に5センチメートル（2インチ）の穴を2つ開けることを志願した。 慎重な測定と研究により、研究者らはこれらの領域が彼の腰と脚の筋肉を制御するために使用されていたことを示しました。

インプラントは WIMAGINE ユニットであり、発明者らはこれを ElectroCorticoGrams と呼んでいます。 これらは硬膜（脳の周りの保護膜）の上に位置しているため、実際には灰白質と直接接触していません。 これは、長期の移植に対して安全でなければならないことを意味します。 頭蓋骨と同じくらいの厚さのチタンプレートに取り付けられているため、どちらの方が良いでしょう。

概要 ... Nature 研究で詳しく説明されている BSI の設計、技術、および移植。 クレジット: Lorach et al. 拡大するにはクリックしてください

ここ The Reg FOSS デスクにいるあなたの謙虚なハゲワシは、先月、幸運にも自分の骨格に、脳以外の新しいインプラントを 30 本以上、この例では右前腕に移植されました。 これらは、骨折用のほとんどのピンやプレートと同様、表面が非常に滑らかなサージカルスチールで作られています。 チタンはアルミニウムと同様に、酸化金属の多孔質表面層を備えているため、その中に骨が成長します。 サージカルスチール製インプラントは不要になった場合は簡単に取り外すことができますが、チタン製インプラントは通常永久に残ります。

大脳皮質からの信号を頭蓋骨の外に送信するには、オスカム氏はインプラントの上に一対の送受信機を装着する必要がある。 これらはヘッドバンドに取り付けられており、頭の上に置かれたヘッドフォンに似ています。

各ペアには 2 つのアンテナが含まれています。1 つは高周波信号を介して誘導的に電極に電力を供給し、もう 1 つは UHF 経由で電極からデータを受信します。 彼らは彼の運動皮質から神経インパルスを拾い、ケーブルを介して彼のバックパックのラップトップに送信します。そこで信号が解釈され、彼が動かそうとしている体の部分が計算され、股関節と股関節に命令するためのシミュレートされた神経インパルスが生成されます。脚の筋肉。

別のインプラントは、Activa RC 脳深部刺激ユニットと、オスカムさんの脊髄の隣の脊柱内部に設置された Specific 5-6-5 電極から派生したもので、合成神経信号を脊髄の腰部に送信します。神経が足に枝分かれしています。 そこから人工神経信号が脊髄神経を伝わり、以前は麻痺していた筋肉に伝わり、障害物を取り除くために必要に応じて足首を動かして足を上げることができるようになり、前に一歩を踏み出すことができるようになります。 たくさんの練習とリハビリを経て、彼は松葉杖を使って平地を歩くことができるだけでなく、階段やスロープを登ることさえできるようになりました。

研究のいくつかの側面は特に注目に値します。 1つは、これがオスカム氏が志願した最初の実験的治療ではないということだ。 彼はまた、脚の電極が脚の筋肉を直接刺激する以前の実験にも参加した。 足首を固定し、足をまっすぐに保つために下肢に矯正副子を装着したことにより、この初期の治療により、平らな場所で短距離を歩くことができるようになりましたが、それだけでした。

多くの治療と練習にもかかわらず、彼はこれ以上のことをすることができませんでした。 チームはこれにより、より多くの機能を取り戻すことができるのではないかと期待していましたが、それは起こりませんでした。

第二に、新しいシステムでは彼のコントロールとバランスが非常に優れているため、大学チームは BSI の特別な独立したスタンドアロン バージョンを構築しました。 研究室用バージョンは部分的にバックパックに入っており、松葉杖で歩くことができますが、これは持ち帰り用バージョンで、車輪付きの歩行器に取り付けられており、研究室の外でも使用できます。

第三に、そしておそらく最も励みとなるのは、彼が BSI を使用して以来、失われた足の機能と動きの一部を取り戻しましたが、残念ながら以前の実験では役に立ちませんでした。 Nature 紙に掲載されたビデオでは、システムの初期の段階で、インプラントをオフにすると彼は動けなくなり、文字通りもう一歩も踏み出すことができなくなったことが示されています。

しかし、彼は現在、義足の助けなしで非常に短い距離を歩くことができます。 これは、継続的な期間にわたって定期的に使用することで、脊髄内で新しい接続が再形成され、脳との接続が再確立されていることを示唆しています。

これは、同じ種類の脊髄電極アレイを使用した人工刺激が接続の再生に役立つことを発見したこの2020年の研究など、以前の研究によって裏付けられています。 新しい研究の違いは、信号の起源です。つまり、リアルタイムで運動皮質を直接スキャンすることによるものです。

今はまだ初期の頃です。 BSI は元の中断された神経インパルスを送信しているのではありません。ハードウェアは独自の人工神経インパルスを生成し、損傷した脊髄を伝わらなくなった神経インパルスをシミュレートしようとしています。 また、これは双方向のリンクではなく、感覚的な印象を脳に中継することはできません。

この登録簿の筆記者には脊髄損傷を負った友人がおり、その後歩くことを学ぶのは竹馬で歩くのと比べて、足の感覚がなくなるとかなり難しいと語った。

今のところ、この研究は 1 人の勇敢なボランティアを対象に実施されています。そして私たちは、科学と他の人々を助けるために、大規模かつ非常に侵襲的な手術を受けた彼に敬意を表します。 すでに彼の生活の質は向上していますが、主に学術チームの技術開発に役立っています。

たとえば、麻痺した人々が立ったり歩いたりできるようにするための外骨格のコストを下げるなどの他の研究と合わせて、壊れやすい肉袋の損傷を技術的に解決するというSFの約束のいくつかが実現し始めているようだ。 ®

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