Un sistem experimental bazat pe implanturi cerebrale a permis unui bărbat cu paralizie provocată de o leziune severă a măduvei spinării să îşi mişte din nou mâna şi să perceapă atingerea. Cu ajutorul tehnologiei, acesta a reuşit să mănânce şi să bea singur, iar unele îmbunătăţiri s-au menţinut după oprirea stimulării.
Leziunile severe ale măduvei spinării pot întrerupe transmiterea semnalelor dintre creier şi restul corpului. Atunci când sunt afectate atât braţele, cât şi picioarele, pacienţii îşi pierd o mare parte din autonomie şi depind de ajutor pentru activităţi cotidiene precum alimentaţia, îmbrăcarea sau igiena personală.
În mai mult de jumătate dintre cazurile de leziune a măduvei spinării, paralizia afectează atât braţele, cât şi picioarele. Recuperarea este deosebit de dificilă după leziunile complete, în care pacientul nu îşi mai poate controla voluntar corpul şi nu mai simte atingerea în regiunile situate mai jos de locul leziunii măduvei spinării.
Interfeţele creier-computer dezvoltate până acum au permis unor persoane cu paralizie să controleze dispozitive externe sau să îşi mişte membrele prin stimularea muşchilor. Aceste sisteme nu au reuşit însă să restabilească simultan mişcarea propriei mâini şi senzaţia de atingere. Beneficiile au fost, de regulă, limitate la perioadele în care dispozitivul era activ.
Un grup de cercetători de la Institutele Feinstein pentru Cercetare Medicală din Statele Unite a dezvoltat un sistem neuroprotetic denumit "dublu bypass neuronal". Tehnologia conectează activitatea cerebrală cu măduva spinării, muşchii mâinii şi regiunea cerebrală care procesează atingerea.
Tehnologia, implantată şi prezentată iniţial în 2023, a reprezentat o premieră mondială prin restabilirea simultană a mişcării şi a senzaţiei de atingere în mâna paralizată a pacientului, iar rezultatele complete ale celor trei ani de testare clinică au fost publicate acum în revista Nature Medicine.
Sistemul a fost evaluat într-un studiu clinic desfăşurat pe parcursul a peste trei ani. La studiu a participat un bărbat de 42 de ani cu tetraplegie completă - paralizia braţelor şi a picioarelor, cu pierderea controlului voluntar şi a sensibilităţii sub nivelul leziunii măduvei spinării - produsă în urma unei leziuni a măduvei spinării suferite după ce s-a aruncat într-o piscină. Leziunea afecta funcţia motorie de la nivelul vertebrei cervicale C5 şi sensibilitatea de la nivelul C4.
La includerea în studiu, bărbatul îşi putea ridica foarte puţin braţele de pe suporturile scaunului rulant. Nu îşi putea duce mâinile la faţă, nu putea ţine obiecte şi nu simţea atingerea la nivelul mâinilor şi al încheieturilor.
În urma unei intervenţii neurochirurgicale care a durat 15 ore, medicii au implantat în creierul participantului cinci reţele de microelectrozi. Sistemul a înregistrat activitatea cortexului motor şi senzorial, iar algoritmii de inteligenţă artificială (AI) au identificat intenţiile de mişcare cu o acurateţe de până la 84,6%. Performanţa s-a menţinut timp de cinci luni, fără recalibrarea algoritmilor.
Cercetătorii au implantat două reţele de microelectrozi în cortexul motor primar, regiunea cerebrală care coordonează mişcarea. Alte trei reţele au fost amplasate în cortexul somatosenzorial primar, zona care primeşte şi interpretează informaţiile tactile.
Semnalele cerebrale asociate intenţiei de mişcare au fost analizate cu ajutorul unor algoritmi de inteligenţă artificială. Sistemul a folosit aceste informaţii pentru a stimula electric măduva spinării şi muşchii antebraţului. Astfel, intenţia bărbatului de a deschide sau închide mâna a fost transformată în mişcare.
Pentru redarea senzaţiei de atingere, cercetătorii au montat senzori de presiune în palmă şi într-o orteză realizată special pentru mâna dreaptă. Informaţiile captate de senzori au fost transmise prin stimulare electrică către cortexul somatosenzorial. Participantul a putut astfel să perceapă momentul în care atingea sau strângea un obiect.
În prima etapă, stimularea electrică a măduvei spinării a crescut forţa de flexie a coatelor. După aproximativ 35 de săptămâni, forţa braţului drept crescuse cu 86%, iar cea a braţului stâng cu 62%, comparativ cu valorile iniţiale. Bărbatul a reuşit ulterior să îşi ducă ambele mâini la faţă.
Stimularea măduvei spinării nu a fost suficientă pentru restabilirea controlului voluntar asupra degetelor. De asemenea, această intervenţie nu a îmbunătăţit sensibilitatea mâinii şi a încheieturii. Pentru aceste funcţii a fost necesară utilizarea întregului sistem neuroprotetic.
Cu ajutorul implanturilor cerebrale, al stimulării musculare şi al ortezei, participantul a putut să deschidă şi să închidă mâna dreaptă. Bărbatul a reuşit să ridice o cană şi să bea singur. De asemenea, şi-a putut duce mâncarea la gură şi a controlat forţa cu care prindea obiecte fragile.
Într-unul dintre teste, participantul a trebuit să prindă şi să ridice o coajă goală de ou fără să o vadă. Cercetătorii au blocat vederea participantului pentru a evalua dacă acesta putea recunoaşte, exclusiv prin senzaţia transmisă de implant, că prinsese în mână coaja goală de ou.
Un algoritm de AI a reglat în timp real forţa cu care orteza prindea obiectul, astfel încât acesta să nu fie scăpat sau strivit. Cu ajutorul algoritmului, forţa de prindere a fost menţinută în limitele stabilite în 87% dintre încercări, comparativ cu 27% atunci când algoritmul nu a fost utilizat. Stimularea cortexului somatosenzorial l-a ajutat să recunoască prezenţa obiectului în mână şi să evite strângerea excesivă.
Sistemul a continuat să identifice intenţiile de mişcare timp de peste cinci luni, fără recalibrarea repetată a algoritmului.
Capacitatea sistemului de a interpreta corect şi constant intenţiile de mişcare este esenţială pentru ca tehnologia să poată fi utilizată în viitor şi în afara laboratorului.
Cercetătorii au observat şi o îmbunătăţire a sensibilităţii la nivelul încheieturii mâinii. Aceasta s-a menţinut mai mult de două luni după oprirea intervenţiei. Potrivit autorilor, persistenţa efectului sugerează că stimularea repetată ar putea favoriza neuroplasticitatea, capacitatea sistemului nervos de a forma sau consolida conexiuni neuronale.
"Nu urmărim doar să ocolim leziunea, ci să ajutăm sistemul nervos să îşi refacă legăturile", a explicat Chad Bouton, specialist în inginerie biomedicală şi profesor la Institutul de Medicină Bioelectronică din cadrul Feinstein Institutes, autorul corespondent al studiului.
Rezultatele trebuie însă interpretate cu prudenţă. Sistemul a fost evaluat la un singur participant şi necesită echipamente specializate, implanturi cerebrale şi personal instruit, şi nu este disponibil pentru utilizare medicală curentă.
Echipa intenţionează să testeze tehnologia pe mai multe persoane, cu leziuni diferite ale măduvei spinării. Studiile viitoare trebuie să stabilească dacă beneficiile pot fi reproduse şi în ce măsură sistemul poate fi simplificat pentru utilizarea în afara centrelor de cercetare.
Rezultatele complete ale studiului clinic, desfăşurat pe parcursul a peste trei ani, au fost publicate joi, în revista Nature Medicine.
Studiul arată cum noul sistem hibrid de interfaţă creier-computer combină această tehnologie cu inteligenţa artificială şi stimularea electrică de mare precizie a creierului şi măduvei spinării. Scopul este refacerea conexiunilor sistemului nervos pentru restabilirea funcţiei mâinii la o persoană cu paralizie a braţelor şi picioarelor cauzată de o leziune completă a măduvei spinării.
Medikatv.ro
